論文の概要: Filon Methods for Highly Oscillatory Controlled Quantum Systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.13580v1
• Date: Wed, 15 Jul 2026 08:22:58 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-07-16 16:39:12.704606
• Title: Filon Methods for Highly Oscillatory Controlled Quantum Systems
• Title（参考訳）: 高振動制御量子系のフィロン法
• Abstract要約: 振動積分に対するフィロン二次方程式は、フィロンと制御フィロンと呼ばれる2つの数値法に適応する。 これらの手法により,超伝導トランスモン量子ビットのシステムを正確にシミュレーションする際の計算コストを大幅に削減できることが示唆された。 CNOTゲートのダイナミックスを現実的にシミュレーションするためには、制御フィロン法は各目標精度でテストされる最も効率的な方法である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Fast and accurate classical simulation of quantum systems is a central challenge in the design and control of quantum computers, but the highly oscillatory dynamics of these systems severely limit the efficiency of standard numerical methods. To address this, we adapt Filon quadrature for oscillatory integrals into two numerical methods, called Filon and Controlled Filon, for solving linear systems of ODEs with highly oscillatory solutions. We tailor both methods for efficient implementation in controlled quantum systems, and the Controlled Filon method additionally accounts for the oscillatory structure of the control pulses. We show by numerical experiments that these methods significantly reduce the computational cost of accurately simulating systems of superconducting transmon qubits by decreasing the number of timesteps needed to reach a given level of precision, with only a modest increase in the cost per timestep. For a realistic simulation of the dynamics of a CNOT gate, the Controlled Filon method is the most efficient method tested at every target accuracy, outperforming the best Hermite method by up to 6x and the Hermite method of the same order by up to 500x.
• Abstract（参考訳）: 量子システムの高速かつ正確な古典シミュレーションは、量子コンピュータの設計と制御において中心的な課題であるが、これらのシステムの高振動ダイナミクスは標準数値法の効率を著しく制限している。 これを解決するために、高振動解を持つODEの線形系を解くために、フィロンと制御フィロンと呼ばれる2つの数値法にフィロン二次方程式を適用する。 我々は、制御量子系における効率的な実装のための両方の手法を調整し、制御されたフィロン法は、制御パルスの振動構造も考慮する。 数値実験により, 超伝導トランスモン量子ビットの系を正確にシミュレーションする際の計算コストを, 一定の精度に達するために必要な時間ステップ数を削減し, 時間ステップ当たりのコストをわずかに増加させることで, 計算コストを著しく低減することを示した。 CNOTゲートのダイナミックスを現実的にシミュレーションするために、制御フィロン法は、目標精度でテストされる最も効率的な方法であり、最高のHermite法を最大6倍、同じ順序のHermite法を最大500倍に上回る。

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