論文の概要: Nanostructure modelling with early fault tolerant quantum computers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.06442v1
- Date: Thu, 04 Jun 2026 17:41:43 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-06-05 22:39:45.000092
- Title: Nanostructure modelling with early fault tolerant quantum computers
- Title（参考訳）: 早期耐故障量子コンピュータによるナノ構造モデリング
- Authors: Zhu Sun, Christian Binder, Balint Koczor, Simon Benjamin,
- Abstract要約: 本稿では,多電子二重量子ドットに対処可能な量子シミュレーションフレームワークを提案する。
我々は、システムの1$textst$量子化表現を効率的にスケーリングし、トロタライズと量子化の両方に基づいたアルゴリズムを開発する。
その結果、二重量子ドット中の4電子の基底状態エネルギーは、約24時間で226kの物理量子ビット、または314kの量子ビットを持つ3.4日で8電子系を推定できることが示唆された。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.790697591767863
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Semiconductor nanostructures are central to many developing technologies. Notably, double quantum dots are especially important for semiconductor spin-qubit architectures, quantum sensing applications, and quantum-dot solar cells. Accurate modelling is highly desirable but conventional methods can struggle when dynamics involve more than two interacting electrons. In this work, we present a quantum simulation framework capable of addressing multi-electron double quantum dots. We adopt an efficiently scaling 1$^\text{st}$ quantised representation of the system and develop algorithms based on both Trotterisation and qubitisation. Incorporating insights from classical simulations enables us to produce resource estimates that are more realistic than those obtained from theoretical error bounds. Using a standard surface code model with physical noise at $10^{-3}$, our results indicate that the ground-state energy of four electrons in a double quantum dot can be estimated in approximately 24 hours using 226k physical qubits, or an eight-electron system in 3.4 days with 314k qubits (with runtimes falling dramatically when more qubits are available). We anticipate that incorporating very recent advances including dense surface code architectures (Low et al. arXiv:2605.30455) may reduce these costs significantly further. We conclude that early fault tolerant computers may prove to be valuable tools for designing mature-era quantum technologies.
- Abstract（参考訳）: 半導体ナノ構造は多くの開発技術の中心である。
特に、二重量子ドットは半導体スピン量子ビットアーキテクチャ、量子センシングアプリケーション、および量子ドット太陽電池にとって特に重要である。
正確なモデリングは非常に望ましいが、ダイナミクスが2つ以上の相互作用する電子を含む場合、従来の手法は苦労することがある。
本研究では,多電子二重量子ドットに対処可能な量子シミュレーションフレームワークを提案する。
我々は、1$^\text{st}$の効率よくスケールするシステムの量子化表現を採用し、トロタライズと量子化の両方に基づいたアルゴリズムを開発する。
古典シミュレーションからの洞察を取り入れることで、理論的誤差境界から得られるものよりも現実的な資源推定を実現できる。
物理ノイズが10^{-3}$の標準表面符号モデルを用いて、二重量子ドット中の4電子の基底状態エネルギーは、226kの物理量子ビットまたは314kの量子ビットを持つ3.4日で約24時間、または8電子系で推定できる(より多くの量子ビットが利用可能であればランタイムは劇的に低下する)。
我々は、高密度な表面コードアーキテクチャ(Low et al arXiv:2605.30455)を含む最近の進歩を取り入れることで、これらのコストを大幅に削減できると予想している。
早期の耐故障性コンピュータは、成熟した時代の量子技術を設計するのに有用なツールであると結論付けている。
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