論文の概要: Full-Spectrum Quantum Simulation for the Nuclear Shell Model
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.08235v1
- Date: Thu, 09 Jul 2026 08:31:31 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-07-10 14:45:27.469585
- Title: Full-Spectrum Quantum Simulation for the Nuclear Shell Model
- Title（参考訳）: 核シェルモデルのためのフルスペクトル量子シミュレーション
- Abstract要約: 複数のシェルモデル固有状態を同時に取得できる単一実行量子シミュレーションを導入する。
核ハミルトニアンはジョーダン・ウィグナー変換を用いてビットからキュービット基底に変換される。
ADAPT-SSVQEアルゴリズムは対称性を保った単一および二重励起演算子プールを使用する。
- 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: The nuclear shell model is a general way of expressing the many-body nuclear Hamiltonian and deciphering the underlying nuclear structure. In today's era of modern and high-power computation, the primary limitation of the nuclear shell model is the enormous dimensionality of its Hilbert space, which far exceeds available storage capacity and prevents the diagonalization of the full Hamiltonian matrix in that space. Quantum computing offers a scalable solution to bypass this curse of dimensionality. In this work, we introduce a single-run quantum simulation capable of obtaining multiple shell-model eigenstates simultaneously. The nuclear Hamiltonian is transformed from a bit to a qubit basis using the Jordan-Wigner transformation, explicitly preserving fermionic anti-commutation. We employ a Subspace Search Variational Quantum Eigensolver (SSVQE) along with an Adaptive Derivative-Assembled Pseudo-Trotter (ADAPT) ansatz to construct the quantum circuit required to solve the shell-model problem. The ADAPT-SSVQE algorithm uses a symmetry-preserving single and double-excitation operator pool and optimizes a weighted energy sum to obtain the simultaneous convergence of all eigenstates within a targeted MJ subspace, eliminating the need for post-processing efforts to extract excited spectra. We benchmark this approach by solving the problem for two and three identical nucleons in a j = 9/2 orbital, successfully extracting five and ten mutually orthogonal states, respectively, within a 10-qubit active space. The algorithm achieves spectroscopic accuracy, in simulation, relative to exact diagonalization and intrinsically restores total angular momentum (\hat{J}^2) symmetry.
- Abstract（参考訳）: 核シェルモデル(英: Nuclear shell model)は、多体ハミルトニアンを表現し、基礎となる核構造を解読する一般的な方法である。
今日の現代的で高出力の計算の時代において、核殻モデルの第一の限界はヒルベルト空間の巨大な次元性であり、利用可能な記憶容量を超え、その空間におけるハミルトン行列の完全な対角化を防ぐ。
量子コンピューティングは、このような次元の呪いを回避できるスケーラブルなソリューションを提供する。
本研究では,複数のシェルモデル固有状態を同時に取得できる単一実行量子シミュレーションを提案する。
核ハミルトニアンは、Jordan-Wigner変換を用いて、フェルミオン反置換を明示的に保存し、ビットから量子基底に変換される。
本稿では,SSVQE (Subspace Search Variational Quantum Eigensolver) とAdaptive Derivative-Assembled Pseudo-Trotter (ADAPT) アンサッツを用いて,シェルモデル問題の解法に必要な量子回路を構築する。
ADAPT-SSVQEアルゴリズムは、対称性を保ったシングルおよびダブル励起演算子プールを用いて、重み付けエネルギー和を最適化し、ターゲットMJサブ空間内のすべての固有状態の同時収束を得る。
我々は、j = 9/2軌道における2つの同一核子と3つの同一核子の問題を解き、それぞれ5と10の直交状態を取り出すことに成功した。
このアルゴリズムは、正確な対角化に対して分光精度を達成し、内在的に全角運動量(\hat{J}^2)対称性を復元する。
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