論文の概要: Shot-based variational simulation of the toric code phase transition: Energy, global entanglement, and noise resilience
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.13748v1
- Date: Sat, 12 Sep 2026 06:36:42 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-16 07:15:05.505147
- Title: Shot-based variational simulation of the toric code phase transition: Energy, global entanglement, and noise resilience
- Title（参考訳）: トーリック符号相転移のショットベース変分シミュレーション:エネルギー、大域絡み、耐雑音性
- Abstract要約: トーリック符号モデルにおける位相相転移の検出における変分量子回路の応用について検討する。
この検出は、基底状態エネルギーと大域絡みの双方のショットベース計算によって行われる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We investigate the capability of variational quantum circuits in detecting a topological phase transition within the toric code model subjected to a uniform magnetic field. The detection is carried out via shot-based computations of both the ground state energy and the global entanglement. We begin by employing well-established renormalization techniques to construct a quantum circuit that accurately represents the pure toric code under periodic boundary condition. This circuit is subsequently parameterized to enable a shot-based variational simulation of the ground state in the presence of the magnetic field. Our results demonstrate that even for the minimal lattice sizes and a finite number of measurement shots, the ground state energy exhibits a distinct singularity at the transition point which can be reliably approximated through finite-size scaling analysis. Furthermore, we introduce a secondary variational circuit designed to compute the global entanglement of the generated ground state. We observe that both global entanglement and its conditional counterpart display the expected qualitative behavior at the transition point, consistent with the topological nature of the phase transition. To evaluate the practical viability of our variational approach on real quantum hardware, we systematically examine the detrimental effects of gate noise on the analysis. We find that the topological phase exhibits a notable robustness against noise, manifesting as a linear decrease in the transition point with increasing noise strength.
- Abstract（参考訳）: 均一磁場を受けるトーリック符号モデルにおける位相相転移の検出における変分量子回路の適用性について検討する。
この検出は、基底状態エネルギーと大域絡みの双方のショットベース計算によって行われる。
まず, 周期境界条件下での純トーリック符号を正確に表現する量子回路を構築するために, 確立された再正規化手法を用いることから始める。
この回路はその後パラメータ化され、磁場の存在下で基底状態のショットベース変分シミュレーションを可能にする。
実験結果から, 最小格子径と有限個の測定ショットであっても, 基底状態エネルギーは遷移点に特異性を示し, 有限スケールのスケーリング解析により確実に近似できることを示した。
さらに、生成した基底状態のグローバルな絡み合いを計算するために設計された二次変分回路を導入する。
我々は,大域的絡み合いとその条件が相転移のトポロジカルな性質と一致して,遷移点に期待される定性的挙動を示すことを観察した。
実量子ハードウェアにおける変動的アプローチの実用性を評価するため,ゲートノイズが解析に与える影響を系統的に検討した。
トポロジカル位相は雑音に対して顕著な頑健性を示し, 雑音強度の増加に伴う遷移点の線形減少を示す。
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