論文の概要: Spectral Fingerprints of Gauge Theories on a Quantum Computer
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.27457v1
- Date: Thu, 27 Aug 2026 17:59:51 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-08-28 16:30:58.525559
- Title: Spectral Fingerprints of Gauge Theories on a Quantum Computer
- Title（参考訳）: 量子コンピュータにおけるゲージ理論のスペクトルフィンガープリント
- Abstract要約: 最大混合状態スペクトルサンプリング(英: Maximally mixed state spectrum sample)は、ハミルトニアンから許容エネルギー範囲全体の有限分解能スペクトル分布を抽出できる非バイアス量子アルゴリズムである。
我々は、関心のモデルの全テクストフィンガープリントについて学ぶために、スペクトルの任意の所望の領域に焦点を合わせる方法を示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Maximally mixed state spectral sampling is an unbiased quantum algorithm that allows for extraction of a finite-resolution spectral distribution from a Hamiltonian over potentially the entire allowed range of energies. We show how it may be focused on any desired area of the spectrum in order to learn about the full \textit{fingerprint} of the model of interest: from its ground state phenomena such as quantum criticality, obtained from the lowest lying energies, to its thermalization behavior, obtained from the mid-spectrum. We demonstrate this technique specifically on a $(1+1)d$ non-Abelian $SO(3)$ gauge theory, providing a comprehensive analysis of the steps necessary for performing this algorithm, as well as what is possible in the near-term with superconducting quantum hardware, performing simulations with circuits that are $78$ two-qubit gates deep. We show how this algorithm is able to take advantage of emerging dynamical circuit capabilities in near-term hardware to roughly halve the number required qubits, as well as how quantum readout error mitigation is trivial for this method. Along the way, we propose a novel strategy for compiling the controlled-time evolutions needed for spectral sampling by means of Pauli-frame optimizations. We illustrate two physical applications of quantum spectral sampling -- disordered many-body transitions, and mid-spectrum densities of states -- and what postprocessing steps they require beyond the Fourier outputs of the algorithm.
- Abstract（参考訳）: 最大混合状態スペクトルサンプリング(英: Maximally mixed state spectrum sample)は、ハミルトニアンから許容エネルギー範囲全体の有限分解能スペクトル分布を抽出できる非バイアス量子アルゴリズムである。
興味のモデルの全 \textit{fingerprint} について学ぶために、最も低い起伏エネルギーから得られる量子臨界のような基底状態の現象から、中間スペクトルから得られる熱化挙動を学ぶために、スペクトルの任意の所望領域にどのように焦点を当てるかを示す。
1+1)d$非アベリア$SO(3)$ゲージ理論を応用し、このアルゴリズムの実行に必要なステップを網羅的に分析し、超伝導量子ハードウェアで近い将来何ができるかを解析し、80ドル2キュービットゲートの深い回路でシミュレーションを行う。
このアルゴリズムは、近未来のハードウェアにおける動的回路機能を活用して、必要な量子ビットの数をおよそ半分にし、また、この方法において量子読み出し誤差の軽減がいかに自明であるかを示す。
そこで本研究では,パウリフレーム最適化を用いて,スペクトルサンプリングに必要な制御時間進化をコンパイルする新しい手法を提案する。
量子スペクトルサンプリングの2つの物理的応用 -- 乱れた多体遷移、状態の中間スペクトル密度 -- と、アルゴリズムのフーリエ出力を超える後処理ステップについて説明する。
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