論文の概要: Resolving Structure in Prethermal Floquet Dynamics with Precision Quantum Computation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.24937v1
• Date: Mon, 27 Jul 2026 18:00:07 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-07-29 20:50:42.581473
• Title: Resolving Structure in Prethermal Floquet Dynamics with Precision Quantum Computation
• Title（参考訳）: 精密量子計算による予熱フロケットダイナミクスの解像構造
• Authors: Eyal Leviatan, Tasneem Watad, Roy Perry, Lukas Broers, Mohammed Zuhair Mullath, Ori Alberton, Itai Arad, Yosi Atia, Eyal Bairey, Shaul Barkan, Matan Ben Dov, Asaf Berkovitch, Ewout van den Berg, Itsik Cohen, Omri Golan, Ilya Gurwich, Avieli Haber, Barak A. Katzir, Oded Kenneth, Roei Levi, Yotam Y. Lifshitz, Yaron Lukovsky, Ron Melcer, Adiel Meyer, Boris Muratov, Aviad Panahi, Gili Schul, Tali Shnaider, Maor Shutman, Alireza Seif, Tomonori Shirakawa, Asif Sinay, Vincent P. Su, Hayk Tepanyan, Omri Trebitch, Assaf Zubida, Dorit Aharonov, Hrant Gharibyan, Abhinav Kandala, Seiji Yunoki, Netanel H. Lindner,
• Abstract要約: 我々は,IBM Heron r3超伝導量子プロセッサ上での誤り軽減ソフトウェアQESEMを用いて,最大74量子ビットのシステムにおける低調波前熱的振動を解消する。 本研究は,非平衡量子物質中の新しい物理を発見するための定量的科学的手法として,誤差緩和量子プロセッサを確立する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.2110916457046338
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Periodically driven interacting quantum many-body systems can exhibit long-lived prethermal dynamics, where local observables retain coherent structure even as entanglement and operator complexity grow. Accessing this regime at the system sizes and times needed to determine physical properties of the prethermal state remains a central challenge: state-of-the-art classical methods become unreliable, while noise in quantum hardware degrades observable expectation values. Here we overcome these limitations for a Floquet Ising magnet realized on a heavy-hex lattice. Using the advanced error mitigation software QESEM on an IBM Heron r3 superconducting quantum processor, we measure magnetization dynamics with percent-level precision and resolve long-lived subharmonic prethermal oscillations in systems of up to 74 qubits. These experiments reach regimes for which leading tensor-network simulations fail to converge, while sparse Pauli-path simulations remain strongly truncation dependent despite extensive computations on advanced GPUs and the Fugaku supercomputer. Leveraging this quantum-accessible regime, we extend finite-size scaling to larger systems and find an unexpectedly slow decrease of the oscillation amplitude with system size, providing strong evidence that this oscillatory response persists in the thermodynamic limit of heavy-hex ladders. A hierarchy of mitigation and validation tests, including unbiased error mitigation, agreement between independent mitigation estimators, noise-model validation on the superconducting hardware, and cross-platform corroboration at selected Floquet cycles on Quantinuum System Model H2 and Quantinuum Helios trapped-ion hardware, supports the reliability of these findings. Our work establishes error-mitigated quantum processors as quantitative scientific instruments for discovering new physics in non-equilibrium quantum matter.
• Abstract（参考訳）: 周期的に駆動される相互作用量子多体系は長寿命の前熱力学を示し、そこでは局所的な可観測物は絡み合いや演算子の複雑さが増大してもコヒーレントな構造を保持する。 量子ハードウェアのノイズは観測可能な期待値を低下させる一方、最先端の古典的手法は信頼性が低下する。 ここではヘックス格子上で実現されたフロケイジング磁石のこれらの制限を克服する。 IBM Heron r3超伝導量子プロセッサ上の先進誤差緩和ソフトウェアQESEMを用いて、パーセンテージの精度で磁化ダイナミクスを測定し、最大74量子ビットの系における長寿命の低調波前熱的振動を解消する。 これらの実験は、先進的なテンソルネットワークシミュレーションが収束しない状態に到達し、一方、疎いパウリパスシミュレーションは、高度なGPUと深草スーパーコンピュータの広範な計算によらず、強いトランケーションを保っている。 この量子アクセス可能な状態を利用して、有限スケールのスケーリングを大規模システムに拡張し、システムサイズによる振動振幅の予期せぬ低下を観測し、この振動応答が重ヘックスはしごの熱力学限界に持続することを示す強い証拠を与える。 量子系モデルH2および量子ヘリオストラップイオンハードウェア上で選択されたフロケットサイクルにおける、非バイアス誤差緩和、独立緩和推定器間の合意、超伝導ハードウェア上のノイズモデル検証、およびクロスプラットフォームコロンボレーションを含む緩和および検証試験の階層構造は、これらの結果の信頼性を支持している。 本研究は,非平衡量子物質中の新しい物理を発見するための定量的科学的手法として,誤差緩和量子プロセッサを確立する。

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