論文の概要: Digital Quantum Simulation of the quantum $β$-FPUT Lattice: Formulation and Resource Estimation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.28206v1
- Date: Wed, 27 May 2026 09:27:23 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-05-28 17:38:55.928133
- Title: Digital Quantum Simulation of the quantum $β$-FPUT Lattice: Formulation and Resource Estimation
- Title（参考訳）: 量子$β$-FPUT格子のディジタル量子シミュレーション:定式化と資源推定
- Authors: Kiratholly Nandakumar Madhav Sharma, Juan Manuel Aguiar Hualde, Julian van Velzen, Phalgun Lolur,
- Abstract要約: 低次元系の熱伝導は、非調和性および長寿命振動相関によるフーリエの挙動から強い逸脱を示す。
本研究では,フォールトトレラント量子コンピュータを対象とした量子$-FPUT格子のための量子量子シミュレーションフレームワークを開発した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Heat conduction in low-dimensional systems exhibits strong deviations from Fourier behavior due to anharmonicity and long-lived vibrational correlations, challenging conventional computational approaches. The $β$-Fermi--Pasta--Ulam--Tsingou ($β$-FPUT) chain provides a minimal nonlinear lattice model for studying anomalous transport, yet its quantum real-time dynamics remain difficult to access with classical methods. We develop a first-quantized digital quantum-simulation framework for the quantum $β$-FPUT lattice, targeting fault-tolerant quantum computers. By working directly with discretized lattice displacements rather than truncated phonon occupation spaces, the approach captures anharmonic interactions while avoiding bosonic encoding overheads. We construct Trotterized circuit blocks for real-time evolution and introduce a Hermitian quadrature decomposition of Fourier-mode displacement operators that enables shallow quantum circuits for mode-resolved displacement correlators. We analyze the quantum resources required for the full simulation and measurement workflow, providing qubit counts, gate complexity, circuit-depth and resource estimates as functions of system size and resolution within a fault-tolerant workflow. These results establish a concrete algorithmic blueprint for simulating quantum transport dynamics in nonlinear low-dimensional lattice models on fault-tolerant quantum hardware.
- Abstract（参考訳）: 低次元系の熱伝導は、非調和性と長寿命振動相関によるフーリエの挙動から強いずれを示し、従来の計算手法に挑戦する。
β$-Fermi--Pasta--Ulam--Tsingou (β$-FPUT) 鎖は、異常輸送を研究するために最小限の非線形格子モデルを提供するが、その量子リアルタイム力学は古典的手法ではアクセスが難しいままである。
我々は,フォールトトレラントな量子コンピュータをターゲットとした,量子$β$-FPUT格子のための第一量子化デジタル量子シミュレーションフレームワークを開発した。
トラッピングされたフォノンの占有空間ではなく、離散化された格子変位を直接扱うことにより、この手法はボゾン符号化のオーバーヘッドを回避しながら非調和相互作用を捉える。
我々は、リアルタイム進化のためのトロッター回路ブロックを構築し、モード分解型変位相関器のための浅量子回路を可能にするフーリエモード変位演算子のエルミート二次分解を導入する。
完全シミュレーションおよび測定ワークフローに必要な量子リソースを分析し、フォールトトレラントワークフロー内のシステムサイズと解像度の関数として、キュービット数、ゲート複雑性、回路深度およびリソース推定を提供する。
これらの結果は、フォールトトレラント量子ハードウェア上の非線形低次元格子モデルにおける量子輸送ダイナミクスをシミュレートするための具体的なアルゴリズム的青写真を作成する。
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