論文の概要: Time evolution of nonlinear dynamics on a quantum processor

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.13041v1
• Date: Thu, 13 Aug 2026 10:07:19 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-08-14 18:29:38.471531
• Title: Time evolution of nonlinear dynamics on a quantum processor
• Title（参考訳）: 量子プロセッサ上の非線形ダイナミクスの時間進化
• Abstract要約: 量子プロセッサ上での非線形流体力学の時間発展を実験的に実現した。 この結果は,量子プロセッサ上での非線形時間伝搬を初めて実験的に実現した知見である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: From fluid flow and transport to collective dynamics, numerical simulation of nonlinear partial differential equations underpins modern scientific computing. Extending this capability to quantum computers remains a longstanding challenge because nonlinear and non-Hermitian evolution is fundamentally incompatible with conventional Hamiltonian-based quantum simulation. Here we experimentally realize the time evolution of nonlinear fluid dynamics on a quantum processor using a hybrid variational framework for the viscous and inviscid Burgers equations. Our approach directly encodes the nonlinear dynamics into a variational optimization procedure, avoiding the enlarged linear embeddings and truncation overhead associated with Carleman linearization-based quantum algorithms. We further demonstrate convection-dominated dynamics corresponding to Reynolds numbers of order $10^2$. We encode the governing evolution into parametrized quantum circuits and iteratively reconstruct the time-dependent field through quantum-classical optimization. By introducing a zero-noise extrapolation method without additional circuit-folding overhead, we accurately execute deep error-circuits with entangling-gate counts beyond those typical of Hadamard test circuits. We accurately reconstruct the time evolution across multiple timesteps despite hardware noise and finite device coherence. Our results constitute, to our knowledge, the first experimental realization of nonlinear time propagation on a quantum processor, extending quantum simulation beyond predominantly linear settings and establishing a route toward quantum computation for nonlinear continuum dynamics.
• Abstract（参考訳）: 流体の流れや輸送から集合力学まで、非線形偏微分方程式の数値シミュレーションは現代の科学計算の基盤となっている。 この能力を量子コンピュータに拡張することは、非線形および非エルミート進化が従来のハミルトニアンベースの量子シミュレーションと根本的に相容れないため、長年にわたる課題である。 ここでは, 粘性および不可視バーガース方程式のハイブリッド変分フレームワークを用いて, 量子プロセッサ上での非線形流体力学の時間発展を実験的に実現した。 提案手法は非線形力学を変分最適化法に直接エンコードし,Carleman線形化に基づく量子アルゴリズムに付随する拡大線形埋め込みとトランケーションオーバーヘッドを回避する。 さらに、10^2$のレイノルズ数に対応する対流支配力学を実証する。 我々は、支配的進化をパラメタライズド量子回路にエンコードし、量子古典最適化により時間依存のフィールドを反復的に再構築する。 追加の回路折り畳みオーバーヘッドを伴わずにゼロノイズ外挿法を導入することにより,アダマール試験回路の典型以上のエンタングゲート数を持つ深部誤差回路を高精度に実行する。 ハードウェアノイズと有限デバイスコヒーレンスにもかかわらず、複数のタイムステップにわたる時間進化を正確に再構築する。 我々の知る限り、量子プロセッサ上での非線形時間伝搬の最初の実験的実現は、主に線形な設定を超えて量子シミュレーションを拡張し、非線形連続体力学のための量子計算へのルートを確立することである。

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