論文の概要: Quantum computer-based simulation of Stark many-body localization in a 1D Fermi-Hubbard model

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.02245v1
• Date: Mon, 03 Aug 2026 13:56:06 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-08-04 15:07:25.584532
• Title: Quantum computer-based simulation of Stark many-body localization in a 1D Fermi-Hubbard model
• Title（参考訳）: 1次元フェルミ・ハバードモデルにおけるスターク多体局在の量子コンピュータによるシミュレーション
• Abstract要約: 多体局在(Multi-body Localization、MBL)は、孤立量子多体系の非エルゴード性を記述する力学現象である。 我々は,IBM超伝導量子コンピュータ上での12量子ビット相関フェルミオン系におけるスタークMBLについて検討した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Many-body localization (MBL) is a dynamical phenomenon that describes the non-ergodicity of isolated quantum many-body systems. In contrast to thermalization, this phenomenon leads to a long-lived memory of initial states of local systems and slow growth of entanglement. In this work, we study Stark MBL in a 12-qubit correlated fermionic system described by the one-dimensional Fermi-Hubbard model using Hamiltonian simulation on an IBM superconducting qubit quantum computer. To enable such a computation on current-day noisy hardware, we combine a series of compilation steps, including the use of the spin-resolved Jordan-Wigner transformation, employing SWAP networks, and integrating a tensor-network-based quantum circuit optimization routine on top of a standard circuit optimization pipeline. As a result, there is approximately an 88$\%$ and 87$\%$ reduction in two-qubit gate count and circuit depth, respectively. Through such simulations of the real-time dynamics using Trotterized quantum circuits, we exhibit a crossover from thermalizing dynamics of the system at a weak tilt of the field to a strongly localized behavior at large tilt with short evolution times. We also benchmark our obtained results with respect to those from exact simulations.
• Abstract（参考訳）: 多体局在(Multi-body Localization、MBL)は、孤立量子多体系の非エルゴード性を記述する力学現象である。 熱化とは対照的に、この現象は局所系の初期状態の長期記憶と絡み合いの遅い成長をもたらす。 本研究では,IBM超伝導量子コンピュータ上でのハミルトニアンシミュレーションを用いて,1次元フェルミ・ハバードモデルにより記述された12量子ビット相関フェルミオン系におけるスタークMBLについて検討した。 現在のノイズの多いハードウェア上でそのような計算を可能にするために、スピン解決されたJordan-Wigner変換の使用、SWAPネットワークの利用、標準回路最適化パイプライン上にテンソルネットワークベースの量子回路最適化ルーチンの統合など、一連のコンパイルステップを組み合わせる。 その結果、それぞれ2ビットゲート数と回路深さの約88$\%$と87$\%$の削減がある。 トロタライズド量子回路を用いたリアルタイムダイナミクスのシミュレーションを通じて、系の熱力学を磁場の弱い傾きで行うことから、短い進化時間で大きな傾きで強い局所化挙動を示す。 また、正確なシミュレーションから得られた結果についてもベンチマークを行った。

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