論文の概要: Pushing the Classical Frontier of 1D Fermi-Hubbard Quench Dynamics Beyond Current Quantum Simulations

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.04771v1
• Date: Wed, 03 Jun 2026 11:52:47 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-06-04 20:44:18.722002
• Title: Pushing the Classical Frontier of 1D Fermi-Hubbard Quench Dynamics Beyond Current Quantum Simulations
• Title（参考訳）: 量子シミュレーションを超えた1次元Fermi-Hubbardクエンチダイナミクスの古典的フロンティアを推し進める
• Authors: Roman Rausch, Sukhbinder Singh, Saeed S. Jahromi, Augustine Kshetrimayum, Roman Orus,
• Abstract要約: Q-CTRLチームは最近、IBMプロセッサ上の1次元Fermi-Hubbardモデルのクエンチダイナミクスをシミュレートした。 我々は、Fermi-Hubbard Hamiltonian のフル$mathrmU(1)timesmathrmSU(2)$対称性と、GPU加速テンソル収縮を併用したフル$mathrmU(1)timesmathrmSU(2)を利用する。 シミュレーションウィンドウ全体にわたって完全に収束した結果を達成し、未解決の高絡み状態の厳密な認証を含む。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Establishing quantum advantage requires comparison against the best achievable classical simulation. The Q-CTRL team recently simulated quench dynamics of the one-dimensional Fermi-Hubbard model on an IBM processor, completing a $L=60$ evolution to time $t=6$ in under three minutes and claiming a $3000\times$ speedup over classical Time-Dependent Variational Principle (TDVP) simulation at bond dimension $χ=4096$. Their classical benchmark required over 160 hours on a CPU cluster, failed to converge in the high-entanglement regime $t\in[5.2,6]$, and left the most challenging window of the experiment unverified. Here, we push the boundaries of classical simulation by exploiting the full $\mathrm{U}(1)\times\mathrm{SU}(2)$ symmetry of the Fermi-Hubbard Hamiltonian combined with GPU-accelerated tensor contractions. Reaching bond dimensions up to $χ\approx62{,}000$ on four NVIDIA H200 GPUs -- among the largest ever achieved in TDVP simulations and fifteen times larger than Q-CTRL's classical baseline -- we achieve fully converged results across the entire simulation window, including rigorous certification of the previously unresolved high-entanglement regime $t\in[5.2,6]$. We further advance the classical frontier to $t=7$, which lies beyond the quantum hardware experiment and any previously verified classical evolution of the full wavefunction. At the bond dimension comparable to Q-CTRL's best classical run, our GPU implementation completes in $\sim\!100$ minutes, directly reducing the claimed $3000\times$ quantum advantage to $\sim\!36\times$. These results substantially narrow the quantum-classical performance gap and establish a new standard for tensor-network benchmarking of large-scale quantum simulations.
• Abstract（参考訳）: 量子優位性を確立するには、最も達成可能な古典シミュレーションとの比較が必要である。 Q-CTRLチームは最近、IBMプロセッサ上の1次元のFermi-Hubbardモデルのクエンチダイナミクスをシミュレートし、時間$t=6$まで3分以内で$L=60$進化し、古典的時間依存変動原理(TDVP)シミュレーションよりも3000\times$スピードアップした。 彼らの古典的なベンチマークでは、CPUクラスタ上で160時間以上を要し、高い絡み合いの仕組みである$t\in[5.2,6]$に収束できず、実験の最も困難なウィンドウを未検証のまま残した。 ここでは、Fermi-Hubbard Hamiltonianのフル$\mathrm{U}(1)\times\mathrm{SU}(2)$対称性をGPU加速テンソル収縮と組み合わせることで、古典シミュレーションの境界を推し進める。 4つのNVIDIA H200 GPU上での結合次元を最大で$\approx62{,}000$ – TDVPシミュレーションで達成された中で、Q-CTRLの古典的ベースラインの15倍 — に到達することで、これまで未解決のハイエンタングルメントシステムである $t\in[5.2,6]$ の厳密な証明を含む、シミュレーションウィンドウ全体にわたって完全に収束した結果が得られる。 さらに古典的フロンティアを$t=7$に前進させ、これは量子ハードウェア実験と、以前に検証された全波動関数の古典的進化を越えている。 Q-CTRLの古典的実行に匹敵する結合次元では、GPUの実装は$\sim\! 100$分、3000\times$quantum advantage to $\sim\! 36円。 これらの結果は量子古典的性能ギャップを大幅に狭め、大規模量子シミュレーションのテンソルネットワークベンチマークのための新しい標準を確立した。

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