論文の概要: Quantum Simulation of Nuclear Shell Model Using GCM-Based Methods on NISQ Devices
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.01769v1
- Date: Mon, 03 Aug 2026 06:42:45 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-08-04 15:07:25.353044
- Title: Quantum Simulation of Nuclear Shell Model Using GCM-Based Methods on NISQ Devices
- Title（参考訳）: NISQデバイスを用いたGCM法による核シェルモデルの量子シミュレーション
- Abstract要約: 我々は量子発生器座標法(QuGCM)を用いて、量子デバイス上での核系の低次固有状態をシミュレートする。
我々の実装は核システム、特にReid68ポテンシャルとシェルモデルハミルトンの6ドルLiと38ドルArの重陽子に適用されている。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.076953181037131
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Based on the Generator Coordinate Method (GCM), we use a Quantum GCM (QuGCM) within a hybrid quantum-classical framework to simulate low-lying eigenstates of nuclear systems on quantum devices. The generator basis states are constructed from Hartree-Fock (HF) reference states, excited via symmetry-adapted unitary coupled-cluster (UCC) operators. These states are prepared as non-orthogonal quantum circuits and measured pairwise to compute the required overlap and Hamiltonian kernels. The resulting data is processed using a classical generalized-eigenvalue solver, following the GCM formalism, to extract the system's energy spectrum. To enhance efficiency and reduce circuit depth, we apply the Adaptive Generator Coordinate Inspired method (ADAPT-GCIM), which iteratively selects generator excitations based on energy gradients, thereby avoiding the need to explore the full Hilbert space. Our implementation is applied to nuclear systems, specifically the deuteron with the Reid68 potential and shell-model Hamiltonians of $^6$Li and $^{38}$Ar. For each system, both the QuGCM and ADAPT-GCIM methods produce energy spectra in agreement with classical diagonalization results, demonstrating robustness even under noise and limited-depth constraints. Additionally, we compare fermionic encoding strategies, specifically Jordan-Wigner (JW) transformations of one-hot (OH) encoding and Gray code (GC) mappings, and show that GC encoding reduces circuit complexity and improves fidelity during multi-reference state preparation. Our findings indicate that QuGCM and ADAPT-GCIM provide a practical and scalable path toward simulating correlated quantum systems, with lesser vulnerability to noise and better compatibility with the limitations of current quantum hardware.
- Abstract（参考訳）: 我々は、ジェネレータ座標法(GCM)に基づいて、量子デバイス上での核系の低次固有状態をシミュレートするために、ハイブリッド量子古典的フレームワーク内で量子GCM(Quantum GCM)を使用する。
生成元基底状態はHartree-Fock(HF)参照状態から構築され、対称性適応ユニタリ結合クラスタ(UCC)演算子を介して励起される。
これらの状態は非直交量子回路として準備され、必要な重なり合いとハミルトニアン核を計算するためにペアで測定される。
得られたデータは、GCM形式に従って古典的な一般化固有値解法を用いて処理され、システムのエネルギースペクトルを抽出する。
効率の向上と回路深さの低減を目的として,エネルギー勾配に基づく発電機励振を反復的に選択するAdaptive Generator Coordinate Inspireed Method (ADAPT-GCIM)を適用し,フルヒルベルト空間の探索を回避する。
我々の実装は核系、特にReid68ポテンシャルを持つ重陽子とシェルモデルハミルトニアンの$^6$Liと$^{38}$Arに適用される。
それぞれのシステムに対して、QuGCM法とADAPT-GCIM法は古典的な対角化結果と一致してエネルギースペクトルを生成し、ノイズや制限深度制約の下でも堅牢性を示す。
さらに、フェミオン符号化戦略、特に1ホット(OH)符号化とグレーコード(GC)マッピングのJordan-Wigner(JW)変換を比較し、GC符号化が回路の複雑さを減らし、マルチ参照状態の準備において忠実さを向上させることを示す。
以上の結果から,QuGCMとADAPT-GCIMは相関量子系をシミュレーションするための実用的でスケーラブルな経路であり,ノイズに対する脆弱性が少なく,現在の量子ハードウェアの限界との整合性も高いことが示唆された。
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