論文の概要: Mitigating Trotter Errors via Post-Processed Symmetry Restoration

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.20242v1
• Date: Thu, 18 Jun 2026 13:55:20 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-06-19 18:23:39.892085
• Title: Mitigating Trotter Errors via Post-Processed Symmetry Restoration
• Title（参考訳）: 後段対称性回復による転がりエラーの軽減
• Authors: Sangjin Lee, Sangkook Choi,
• Abstract要約: 古典的後処理を用いた対称性に基づくトロッター誤り軽減プロトコルを提案する。 我々は,1次元のXYモデルと1次元のSchwingerモデルに基づいてプロトコルをベンチマークする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5635658368100682
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum simulation is a powerful tool for exploring complex quantum many-body systems such as condensed matter physics and gauge theories. Trotterization, which approximates the ideal time evolution operator by decomposing it into a sequence of local gate operations, is one of the most widely used quantum simulation algorithms. However, such Trotterized implementations generally fail to preserve the symmetries of the target Hamiltonian during compilation. As a result, they can drive quantum states out of symmetrically allowed subspaces, leading to unphysical dynamics and symmetry-violating algorithmic errors. In this work, we propose a symmetry-based Trotter error mitigation protocol using classical post-processing. By applying symmetry transformations to the initial state or interleaving them between discrete Trotter layers, and then averaging an ensemble of the resulting measurement outcomes via classical post-processing, our method systematically projects out the symmetry-violating components of the Trotter error while leaving the ideal dynamics unchanged. Importantly, this framework naturally accommodates non-local spatial symmetries and anti-unitary operations such as time reversal, which are difficult or impossible to implement directly with hardware-native quantum gates. We benchmark our protocol on the one-dimensional XY model and the one-dimensional Schwinger model. In the XY model, enforcing reflection symmetry suppresses the leading-order Trotter error, whereas in the Schwinger model, interleaving gauge transformations between Trotter layers enables gauge-twirling effectively to reduce unphysical violations of local Gauss's law. These results demonstrate that symmetry-based post-processing provides a depth-preserving route to substantially improving the fidelity of Trotterized quantum simulations on near-term devices.
• Abstract（参考訳）: 量子シミュレーションは、凝縮物質物理学やゲージ理論のような複雑な量子多体系を探索するための強力なツールである。 トロッタライゼーション(英: Trotterization)は、理想的な時間発展演算子を局所ゲート演算列に分解することで近似し、最も広く使われている量子シミュレーションアルゴリズムの1つである。 しかし、そのようなトロッター化実装は一般にコンパイル中に対象のハミルトニアンの対称性を保たない。 結果として、対称的に許容される部分空間から量子状態を動かすことができ、非物理的ダイナミクスや対称性に反するアルゴリズムエラーにつながる。 本研究では,古典的後処理を用いた対称性に基づくトロッタ誤り軽減プロトコルを提案する。 初期状態に対称性変換を適用したり、離散的なトロッター層間をインターリーブしたりして、古典的な後処理によって得られた測定結果のアンサンブルを平均化することにより、理想力学をそのまま残しながら、トロッター誤差の対称性違反成分を体系的に投影する。 重要なことに、このフレームワークは、ハードウェアネイティブな量子ゲートで直接実装することが困難または不可能な、非局所空間対称性と時間反転のような反単位演算を自然に許容する。 我々は,1次元のXYモデルと1次元のSchwingerモデルに基づいてプロトコルをベンチマークする。 XYモデルでは、反射対称性の強制は上位階のトロッター誤差を抑制するが、シュウィンガーモデルでは、トロッター層間のゲージ変換は、局所ガウスの法則の非物理的違反を効果的に軽減する。 これらの結果は、対称性に基づく後処理が、近距離デバイス上でのトロッタライズド量子シミュレーションの忠実度を大幅に改善する深度保存経路を提供することを示す。

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