論文の概要: Quantum Simulation of Strongly Correlated Fermion-Phonon Models in Circuit QED
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.11516v1
- Date: Mon, 13 Jul 2026 13:04:00 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-07-14 17:47:21.478214
- Title: Quantum Simulation of Strongly Correlated Fermion-Phonon Models in Circuit QED
- Title（参考訳）: 回路QEDにおける強相関フェルミオン-フォノンモデルの量子シミュレーション
- Abstract要約: ゲートベースのデジタル量子シミュレーションは、強い相関系の多体物理学を研究するためのエキサイティングな新しいパラダイムを提供する。
本研究では,Hubbard-HolsteinモデルとYukawa-Sachdev-Ye-Kitaevモデルのための量子回路を構築する。
我々は,短期超伝導量子ハードウェアに適した測定プロトコルと変分プロトコルを開発した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 33.77861374919934
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Gate-based digital quantum simulations offer an exciting new paradigm for studying the many-body physics of strongly correlated systems. In this context, electron-phonon models are challenging for qubit-only quantum simulators, as bosonic degrees of freedom require costly finite-dimensional encodings. Here, we elaborate on an alternative approach based on a digital-analog circuit QED architecture, where fermions are encoded in transmon qubits while bosons are represented directly by microwave resonators. The central building block of this framework is a qubit-resonator Rabi gate that emulates strong electron-phonon coupling and can be implemented through a sequence of resonant Jaynes-Cummings gates interleaved with layers of single-qubit rotations. Using this Rabi gate as the fundamental unitary operation, we construct quantum circuits for the Hubbard-Holstein and Yukawa-Sachdev-Ye-Kitaev models, which describe, respectively, strongly correlated electrons coupled to phonons and phonon-mediated interactions among Majorana fermions. We further demonstrate how nonclassical phonon physics and signatures of quantum chaos in these models can be probed through circuit simulations, and develop measurement and variational protocols tailored to near-term superconducting quantum hardware.
- Abstract（参考訳）: ゲートベースのデジタル量子シミュレーションは、強い相関系の多体物理学を研究するためのエキサイティングな新しいパラダイムを提供する。
この文脈では、電子フォノンモデルは量子ビットのみの量子シミュレータでは困難であり、ボゾン自由度は高価な有限次元符号化を必要とする。
本稿では,トランスモン量子ビットでフェルミオンを符号化し,ボソンを直接マイクロ波共振器で表現する,ディジタルアナログ回路QEDアーキテクチャに基づく代替手法について詳述する。
このフレームワークの中央構造ブロックは、強い電子-フォノン結合をエミュレートする量子ビット共振器 Rabi ゲートであり、単一量子回転の層にインターリーブされた共振器Jaynes-Cummings ゲートの列を通して実装することができる。
このラビゲートを基本ユニタリ演算として、マヨラナフェルミオン間のフォノンとフォノンを介する相互作用にそれぞれ結合した強い相関電子を記述するハバード・ホルシュタインとユカ・サハデフ・イ・キタエフモデルのための量子回路を構築する。
さらに、これらのモデルにおける非古典的なフォノン物理と量子カオスのシグネチャが、回路シミュレーションによってどのように探索できるかを実証し、短期超伝導量子ハードウェアに適した測定および変分プロトコルを開発する。
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