論文の概要: Fault-tolerant quantum algorithms for simulating atomic nuclei
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.21563v1
- Date: Thu, 23 Jul 2026 17:47:56 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-07-24 18:26:25.508966
- Title: Fault-tolerant quantum algorithms for simulating atomic nuclei
- Title（参考訳）: 原子核シミュレーションのためのフォールトトレラント量子アルゴリズム
- Abstract要約: 我々は原子核の構造をシミュレートするために量子アルゴリズムを構築し,コンパイルする。
これらのアルゴリズムは、原子核のフォールトトレラント量子シミュレーションのための最初の推定である。
この取り組みによって、核と量子コンピューティングのコミュニティの長期的なコラボレーションが加速されることを願っている。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: To maximize the value of fault-tolerant quantum computers, it is essential to develop concrete applications beyond well-established domains such as chemistry and condensed-matter physics. Here we construct and compile quantum algorithms to simulate the structure of atomic nuclei -- a topic that has received relatively little attention from the quantum computing community despite its similarities to the electronic structure problem in chemistry -- via effective shell-model Hamiltonians and no-core-shell-model Hamiltonians with three-body interactions derived from chiral effective field theory. Furthermore, we provide quantum resource estimates, in terms of Toffoli gate and qubit counts, for these algorithms, which, to our knowledge, are the first such estimates for fault-tolerant quantum simulation of atomic nuclei. Notably, the estimates for $^{32}$Mg and $^{219}$At shell-model Hamiltonians are comparable to recent estimates of Femoco simulations, a standard benchmark in chemistry. For no-core-shell-model Hamiltonians suitable for light nuclei (up to $^{40}$Ca or so), we find that resource requirements are significantly higher, suggesting that more bespoke strategies are required to make such simulations practicable. Throughout this work, we draw upon the similarities between nuclear and electronic structure problems, while also highlighting challenges that are specific to the former. We hope this work will spur long-term collaborations between the nuclear and quantum computing community with the ultimate goal of realizing useful nuclear simulations on quantum computers.
- Abstract（参考訳）: フォールトトレラント量子コンピュータの価値を最大化するためには、化学や凝縮物質物理学のような確立された領域を超えた具体的な応用を開発することが不可欠である。
ここでは,原子核の構造をシミュレートする量子アルゴリズムの構築とコンパイルを行う。これは化学における電子構造問題と類似性にもかかわらず,量子コンピューティングコミュニティから比較的注目を集めていないトピックであり,有効シェルモデルハミルトニアンとカイラル効果場理論から導かれる3体相互作用を持つノーコアシェルモデルハミルトニアンを通してである。
さらに、これらのアルゴリズムに対して、トフォリゲートと量子ビット数の観点から量子資源推定を提供し、これは原子核のフォールトトレラントな量子シミュレーションのための最初の評価である。
特に、$^{32}$Mgと$^{219}$Atシェルモデルのハミルトニアンは、化学の標準ベンチマークであるFemocoシミュレーションの最近の見積もりに匹敵する。
光核に適したノーコアシェルモデルハミルトニアン(最大$^{40}$Caなど)の場合、資源の要求は大幅に高くなり、そのようなシミュレーションを実践するためにはより多くのベッポーク戦略が必要であることが示唆される。
この研究を通じて、我々は核と電子構造の問題に類似点を描き、また前者特有の課題を強調した。
この取り組みは、量子コンピュータ上で有用な核シミュレーションを実現するという究極の目標を掲げて、核と量子コンピューティングのコミュニティ間の長期的なコラボレーションを促進することを願っている。
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