論文の概要: Low-Depth Initial-State Preparation for Ground-State Energy Estimation of Two-Dimensional Strongly Correlated Systems
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.15764v2
- Date: Tue, 15 Sep 2026 03:31:26 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-16 14:56:08.102154
- Title: Low-Depth Initial-State Preparation for Ground-State Energy Estimation of Two-Dimensional Strongly Correlated Systems
- Title（参考訳）: 二次元強相関系の地中エネルギー推定のための低次元初期状態生成
- Abstract要約: 基底状態エネルギー推定のための量子アルゴリズムは、基底状態に非無視的忠実性を持つ初期状態を必要とする。
本研究では,2次元半充填ハバードモデルの浅部回路を設計し,最初に近似したハイゼンベルク基底状態を作成する。
10時間10ドル格子の場合、推定準備コストは、Clifford+T$合成を含む$105$T$ゲートである。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.5375275309480094
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Quantum algorithms for ground-state energy estimation require initial states with non-negligible fidelity to the ground state. Guided by classical simulations, we design shallow circuits for the two-dimensional half-filled Hubbard model by first preparing an approximate Heisenberg ground state and then applying charge-fluctuation gates derived directly from the Schrieffer-Wolff (SW) generator. For the Heisenberg model, we demonstrate effective parameter transfer from a $4\times4$ lattice to lattices up to $10\times10$ without further optimization. We obtain promising lower bounds on the ground-state fidelity using tensor-network simulations, variational Monte Carlo reference states, and estimates of the ground-state energy and singlet gap. Exact $4\times4$ calculations show that the SW gates substantially improve the Hubbard ground-state fidelity of the embedded Heisenberg state. The successful Heisenberg parameter transfer supports the use of these small-lattice results to design shallow Hubbard circuits on larger lattices beyond the reach of classical simulations. For a $10\times10$ lattice, the estimated preparation cost is on the order of $10^5$ $T$ gates, including Clifford+$T$ synthesis, which is well within the megaquop regime. These results offer a route to low-cost initial-state preparation for ground-starongly correlated systems.
- Abstract（参考訳）: 基底状態エネルギー推定のための量子アルゴリズムは、基底状態に非無視的忠実性を持つ初期状態を必要とする。
古典シミュレーションによって導かれた2次元半充填ハバードモデルの浅部回路を設計し,まず近似したハイゼンベルク基底状態を作成し,シュリーファー・ヴォルフ発生器から直接電荷変動ゲートを適用した。
ハイゼンベルクモデルでは、さらなる最適化をせずに4-times4$格子から最大10-times10$格子への効果的なパラメータ転送を実演する。
テンソルネットワークシミュレーション,変分モンテカルロ基準状態,および基底状態エネルギーと一重項ギャップの推定を用いて,基底状態の忠実度に対する有望な下界を求める。
特別な$4\times4$の計算では、SWゲートはハイゼンベルク状態のハバード基底状態の忠実度を大幅に改善することを示している。
ハイゼンベルクのパラメータ転送は、古典的なシミュレーションの範囲を超えて大きな格子上に浅いハバード回路を設計するためにこれらの小さな格子結果の使用をサポートする。
10\times10$格子の場合、推定準備コストは10^5$$T$ゲートの順で、Clifford+$T$合成はメガクオップ体制でよく使われている。
これらの結果は、地上の星と相関するシステムの低コストな初期状態準備のためのルートを提供する。
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