論文の概要: On Performance and Limitations of NISQ Hardware for Simulations of Quantum Wave Packet Dynamics

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.20078v1
• Date: Tue, 19 May 2026 16:33:26 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-20 15:03:09.526347
• Title: On Performance and Limitations of NISQ Hardware for Simulations of Quantum Wave Packet Dynamics
• Title（参考訳）: 量子ウェーブレット・ダイナミクスシミュレーションのためのNISQハードウェアの性能と限界について
• Authors: Tamila Kuanysheva, Jonathan Andrade-Plascencia, Jayakrushna Sahoo, Brian Kendrick, Dmitri Babikov,
• Abstract要約: 格子を用いた量子ビットレジスタへの波動関数の符号化による1次元波動パケットの動的解析について検討する。 時間進化は、運動エネルギー演算子を適用した分割演算子アプローチによって実現される。 このアプローチを古典シミュレータと量子ハードウェアでベンチマークする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.1204495827342438
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Digital quantum simulation offers a promising route for studying quantum dynamics, but efficient operator representations and circuit depth remain key challenges for near-term hardware. We investigate one-dimensional wave packet dynamics using a grid-based encoding of the wave function onto qubit registers. Time evolution is implemented via split-operator approach, with kinetic energy operator applied using Quantum Fourier Transform (QFT) with polynomial scaling and potential energy operator expressed through commuting Pauli-Z gates, improving accuracy and enabling incorporation of arbitrary discretized potentials. While the full Pauli decomposition of Hamiltonian scales exponentially as O(4^n ), the present approach reduces the operator scaling to O(2^n) for n qubits. We benchmark this approach on classical simulators and quantum hardware (IBM Quantum and IonQ) for two- to five-qubit implementations. For two- and three-qubit cases, all platforms qualitatively reproduce the benchmarked dynamics; at larger qubit counts, the IBM results deviate more strongly, whereas IonQ remains closer to the benchmark.
• Abstract（参考訳）: ディジタル量子シミュレーションは量子力学の研究に有望な経路を提供するが、効率的な演算子表現と回路深さは短期ハードウェアの重要な課題である。 格子を用いた量子ビットレジスタへの波動関数の符号化による1次元波動パケットの動的解析について検討する。 時間発展は分割演算方式によって実現され、量子フーリエ変換 (QFT) と多項式スケーリングを併用した運動エネルギー演算子と、通勤パウリZゲートを介して表現されるポテンシャルエネルギー演算子を用いて、精度を向上し、任意の離散化されたポテンシャルの取り込みを可能にする。 ハミルトンの完全パウリ分解は O(4^n ) として指数関数的にスケールするが、本手法では演算子スケーリングを n 個の量子ビットに対して O(2^n) に還元する。 従来のシミュレータと量子ハードウェア(IBM QuantumとIonQ)を2ビットから5ビットの実装でベンチマークする。 2ビットと3ビットの場合、全てのプラットフォームは、ベンチマークされたダイナミクスを質的に再現する。

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