論文の概要: Quantum Algorithm for Open-System Battery Cathodes by Modeling Multiple Strongly Coupled Holstein Polarons with Chain-Mapped Caldeira-Leggett Dynamics
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.16017v1
- Date: Sun, 14 Jun 2026 21:03:45 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-06-16 16:21:33.991529
- Title: Quantum Algorithm for Open-System Battery Cathodes by Modeling Multiple Strongly Coupled Holstein Polarons with Chain-Mapped Caldeira-Leggett Dynamics
- Title（参考訳）: 連鎖写像カルデイラ-レゲットダイナミクスを用いた複数強結合ホルスタインポラロンのモデル化による開系電池陰極の量子アルゴリズム
- Abstract要約: カソードクーロンリソレーションは、密集した局在軌道、狭い帯域幅、強い電子-格子結合の化学状態を占める。
本稿では, 単一鎖をマップしたカルデイラ・レゲット埋め込みを用いて, 電気化学観測器を復元するフォールトトレラント量子アルゴリズムを提案する。
このようなマルチキャリアで3つの貯留層を観測できるため,エンド・ツー・エンドのフォールトトレラントなリソース推定を行う。
- 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: Cathode lithiation occupies a chemical regime of tightly localized orbitals, narrow bandwidths, and strong electron-lattice coupling. The defining electrochemical observables (open-circuit voltage and differential capacity) are open-system, reservoir-equilibration quantities that closed-Hamiltonian quantum simulation cannot produce, set by exchange with electron, Li$^+$, and phonon baths. We present a fault-tolerant quantum algorithm that recovers them through a unitary chain-mapped Caldeira-Leggett embedding, rendering the baths Trotterizable. The resulting fourth-order Trotter step has a T-gate count polynomial in system size, validating its open-system dynamics against hierarchical equations of motion (HEOM) at strong coupling and the Lindblad limit at weak coupling. For single-carrier olivine LiFePO$_4$, a single voltage anchor on an otherwise DFT-fixed Hamiltonian places the differential-capacity peak within the $\pm5$ mV reproducibility of the experimental plateau. For multi-carrier spinel LiMn$_2$O$_4$, whose $1{:}1$ Mn$^{3+}$/Mn$^{4+}$ filling makes the inter-site Coulomb repulsion dynamically active, the same kernel yields a two-plateau voltage curve with a $125$ mV split, within $17\%$ of the observed $150$ mV. We deliver an end-to-end fault-tolerant resource estimate for such a multi-carrier, three-reservoir observable: $368$ logical qubits and $\sim3\times10^5$ T-gates per step, or $\sim1.7\times10^{12}$ T-gates for a full voltage curve (parallelizable over $\sim10^3$ trajectories), leaving the production-scale dynamical run as a milestone for future hardware. The same kernel reproduces macroscopic quantum coherence, two-band superconductivity, and the Mikheyev-Smirnov-Wolfenstein resonance without modification, placing dynamical battery chemistry and similar Hamiltonians within scope for fault-tolerant quantum simulation.
- Abstract（参考訳）: カソードリライゼーションは、密集した局在軌道、狭い帯域幅、強い電子-格子結合の化学状態を占める。
電気化学オブザーバブルの定義(開回路電圧と差容量)は、電子、Li$^+$、フォノン浴との交換によって設定される閉ハミルトニアン量子シミュレーションでは生成できない貯水池平衡量である。
本稿では,単一鎖をマップしたCaldeira-Leggett埋め込みによるフォールトトレラント量子アルゴリズムを提案する。
結果として得られる4階トロッターステップは、システムサイズのTゲート数多項式を持ち、強い結合における階層的運動方程式(HEOM)と弱い結合におけるリンドブラッド極限に対する開系力学を検証している。
単キャリアオリビンLiFePO$_4$の場合、他のDFT固定ハミルトニアンの単電圧アンカーは、実験プラトーの$\pm5$mV再現性内に差容量ピークを配置する。
マルチキャリアスピネルLiMn$_2$O$_4$に対して、その${:}1$ Mn$^{3+}$/Mn$^{4+}$充填は、サイト間クーロン反発を動的にアクティブにするが、同じカーネルは、150ドルmVの分割で125ドルmVの2プラトー電圧曲線を得る。
論理キュービットと$\sim3\times10^5$ T-gates per step, or $\sim1.7\times10^{12}$ T-gates for a full voltage curve (parallelizable over $\sim10^3$ trajectories) そして、生産規模の動的実行を将来のハードウェアのマイルストーンとして残す。
同じカーネルは、マクロスケールの量子コヒーレンス、二バンド超伝導、ミハイエフ=スミルノフ=ヴォルフェンシュタイン共鳴を修正せずに再現し、動的電池化学と同様のハミルトンをフォールトトレラント量子シミュレーションのスコープに配置する。
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