論文の概要: Synthesizing Compound Pulse Gadgets for Hamiltonian Simulation on Trapped-Ion Platforms
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.00826v1
- Date: Wed, 01 Jul 2026 11:48:18 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-07-02 19:56:07.878111
- Title: Synthesizing Compound Pulse Gadgets for Hamiltonian Simulation on Trapped-Ion Platforms
- Title（参考訳）: トラップイオンプラットフォーム上でのハミルトニアンシミュレーションのための複合パルスガジェットの合成
- Abstract要約: 現在のコンパイラは量子演算を離散単位として扱うため、物理的制御層は高度に断片化されたレーザーパルスを実行せざるを得ない。
本研究は、離散ゲートストレッチを回避し、アルゴリズムを直接連続的な複合パルスガジェットにコンパイルする全体論的パルス合成戦略を導入する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.582197298957967
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Standard gate-level transpilation introduces significant physical noise and overhead for high-precision quantum algorithms, such as the Quantum Singular Value Transformation (QSVT), on near-term trapped-ion hardware. Current compilers treat quantum operations as discrete units, forcing the physical control layer to execute highly fragmented laser pulses. To address this hardware-software disconnect, this work introduces a holistic pulse synthesis strategy that bypasses discrete gate-stitching to compile algorithms directly into continuous compound pulse gadgets. As a proof-of-concept, we target Hamiltonian simulation of the $H_2$ molecule, block-encoding the problem into a QSVT circuit to approximate the time-evolution operator $U = e^{-i H t}$ across 3 computational ions (2 system, 1 ancilla). We utilize the Gradient Ascent Pulse Engineering (GRAPE) algorithm to generate these compound gadgets and evaluate our methodology using noisy Lindblad master equation simulations. Preliminary observations indicate that the proposed strategy achieves significant temporal compression, reducing the total pulse schedule duration compared to standard compilers. Furthermore, synthesizing operations holistically eliminates the control-layer latency associated with discrete pulse lookup overhead. By streamlining the physical control schedule, this methodology offers a promising pathway to execute operations faster, highlighting the potential for compound gadgets to increase the computational depth achievable within fundamental $T_2$ decoherence limits.
- Abstract（参考訳）: 標準ゲートレベルのトランスパイレーションは、量子特異値変換(QSVT)のような高精度な量子アルゴリズムの物理的ノイズとオーバーヘッドを、短期的なトラップオンハードウェア上で導入する。
現在のコンパイラは量子演算を離散単位として扱うため、物理的制御層は高度に断片化されたレーザーパルスを実行せざるを得ない。
このハードウェア・ソフトウェア間の切断に対処するため、この研究は、離散ゲートストレッチを回避し、アルゴリズムを直接連続的な複合パルスガジェットにコンパイルする全体論的パルス合成戦略を導入する。
概念実証として、H_2$分子のハミルトンシミュレーションを目標とし、問題をQSVT回路にブロックエンコードし、時間進化演算子$U = e^{-i H t}$を3つの計算イオン(2系、1アンシラ)にわたって近似する。
我々は、グラディエントアセンセントパルス工学(GRAPE)アルゴリズムを用いて、これらの複合ガジェットを生成し、ノイズの多いリンドブラッドマスター方程式シミュレーションを用いて方法論を評価する。
予備的な観測は,提案手法が時間的圧縮を著しく達成し,標準コンパイラと比較してパルススケジュールの総時間を短縮することを示す。
さらに、合成操作は、離散パルスルックアップオーバーヘッドに伴う制御層遅延を均等に除去する。
物理制御のスケジュールを合理化することにより、複雑なガジェットが基本的な$T_2$デコヒーレンス限界内で達成可能な計算深度を増大させる可能性を強調し、より高速に操作を行うための有望な経路を提供する。
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