論文の概要: Preparation of Fractional Quantum Hall States on Quantum Computers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.16548v1
• Date: Mon, 15 Jun 2026 10:51:19 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-06-16 16:21:34.465108
• Title: Preparation of Fractional Quantum Hall States on Quantum Computers
• Title（参考訳）: 量子コンピュータにおける分数量子ホール状態の生成
• Authors: Hao Wu, Lei-Yi-Nan Liu, Zhao-Xin Pei, Yi-Xuan Zhai, Zhen-Xu Luo, Zhao Liu, Jian Cui,
• Abstract要約: 本研究では, 球面形状上の=1/3$ Laughlin状態の精密な調製法を提案し, 必要な2量子ゲート数と回路深さを著しく減少させることを示した。 本研究は, ノイズの多い中間スケールおよび耐故障性量子デバイス上での汎用FQH状態を実現するための, 効率的かつハードウェア関連経路を提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.385433401050015
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The realization of fractional quantum Hall (FQH) states, characterized by fractional charge and intrinsic topological order, on quantum computers represents a central challenge at the interface of condensed matter physics and quantum information science. Current methods are grouped into two types: methods based on (quasi-)adiabatic evolution of complex parent Hamiltonians to yield target states, and circuit-based approaches for direct state preparation, which are confined to effectively one-dimensional systems near the thin cylinder or torus limit. We introduce a complementary scheme relying on direct quantum circuit construction, which works for arbitrary geometries. Specifically, we present a method to precisely prepare the $ν=1/3$ Laughlin state on the sphere geometry and demonstrate that it significantly reduces the required number of two-qubit gates and circuit depth, compared to variational quantum circuit approaches. In addition, we employ optimal control techniques to design control pulses for both superconducting and Rydberg atom platforms, identifying experimentally feasible protocols for state preparation. Our results provide an efficient and hardware-relevant pathway for realizing generic FQH states on both noisy intermediate-scale and fault-tolerant quantum devices.
• Abstract（参考訳）: 分数量子ホール(FQH)は、量子コンピュータ上での分数電荷と固有位相秩序によって特徴づけられる状態であり、凝縮物質物理学と量子情報科学のインターフェースにおける中心的な課題である。 現在の手法は、複雑な親ハミルトニアンの(準)断熱的進化に基づく目標状態の生成法と、シンシリンダーやトーラス限界付近の事実上1次元システムに制限された直接状態生成のための回路ベースのアプローチの2つのタイプに分類される。 我々は、任意の測地に対して機能する直接量子回路の構成に依存する補完的スキームを導入する。 具体的には、球面幾何学上の$ν=1/3$ Laughlin状態の精密な調製法を提案し、変分量子回路アプローチと比較して、2量子ビットゲートと回路深さの所要数を大幅に減少させることを示した。 さらに,超伝導とライドバーグ原子プラットフォームの両方の制御パルスを設計するための最適制御手法を用いて,状態生成のための実験的に実現可能なプロトコルを同定する。 本研究は, ノイズの多い中間スケールおよび耐故障性量子デバイス上での汎用FQH状態を実現するための, 効率的かつハードウェア関連経路を提供する。

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