論文の概要: Trotterisation Thresholds and Dissipative Quantum Chaos in Open-System Digital Quantum Simulation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.34623v1
- Date: Mon, 28 Sep 2026 08:45:22 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-10-03 11:49:47.909348
- Title: Trotterisation Thresholds and Dissipative Quantum Chaos in Open-System Digital Quantum Simulation
- Title（参考訳）: オープンシステム量子シミュレーションにおけるトロッタライズ閾値と散逸量子カオス
- Abstract要約: デジタル量子シミュレーション(DQS)は、量子コンピューティングの最も有望な応用の1つである。
トロタライズステップサイズは、一定のしきい値を超えては増加できない。
散逸性量子カオス(英: Dissipative quantum chaos)は、散逸が基礎となるユニタリ量子カオスの存在とバランスをとるときに生じる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/
- Abstract: Digital quantum simulation (DQS) is one of the most promising applications of quantum computing. Trotterised DQS models quantum dynamics by decomposing the evolution into a sequence of gate-based Trotter steps. Using larger Trotter steps reduces the required gate count, but it is now understood that the Trotterisation step size cannot be increased beyond a certain threshold value, beyond which there is a sudden breakdown in simulation accuracy, due to the onset of quantum chaos. To date, this behaviour has only been studied for closed systems not subjected to the environmental noise and decoherence to which real-world quantum computers are highly sensitive. In this work, we study a range of experimentally relevant open-system quantum simulator models and show that Trotterisation thresholds persist even when open-system effects are included, even in the long-time, steady-state limit, once all coherence has been lost. We show that open DQS can accurately reproduce the dynamics of open target systems prior to the threshold, but still exhibits a sudden performance breakdown beyond it. We introduce new, statistical techniques to rigorously characterise the onset of quantum chaos beyond the Trotterisation threshold for both approximately unitary and genuine dissipative quantum chaos, based on random matrix theory (RMT), building on techniques developed for closed systems. Finally, we demonstrate that dissipative quantum chaos emerges when the dissipation is in balance with the presence of underlying unitary quantum chaos; the dissipation must be strong enough to induce genuinely dissipative behaviour, yet not so strong as to suppress the underlying chaotic structure.
- Abstract（参考訳）: デジタル量子シミュレーション(DQS)は、量子コンピューティングの最も有望な応用の1つである。
トロッター化DQSは、進化をゲートベースのトロッターステップの列に分解することで量子力学をモデル化する。
より大きなトロッターステップを使用することで、必要なゲート数を削減できるが、現在では、トロッター化ステップのサイズが一定のしきい値を超えては増加できないことが理解されている。
これまで、この挙動は、実世界の量子コンピュータが高感度である環境ノイズやデコヒーレンスの影響を受けない閉系に対してのみ研究されてきた。
本研究では, 実験的に関係のあるオープンシステム量子シミュレータモデルについて検討し, 全てのコヒーレンスが失われても, 長期の定常状態の制限下においても, トロタナイズ閾値が持続することを示す。
オープンDQSは、しきい値に先立ってオープンターゲットシステムのダイナミクスを正確に再現できるが、それでも性能の急激な低下を示す。
閉系のために開発されたランダム行列理論 (RMT) に基づいて, 約ユニタリおよび真の散逸性量子カオスに対して, トロタライゼーションしきい値を超える量子カオスの開始を厳格に特徴付ける新しい統計的手法を導入する。
最後に、発散性量子カオスは、発散が基礎となるユニタリ量子カオスの存在とバランスを保ち、発散性量子カオスが真に発散するほど強くなければならないが、基礎となるカオス構造を抑えるほど強くはないことを示す。
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