論文の概要: Dissipation accelerates quantum and classical simulation of open-system dynamics

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.40174v1
• Date: Wed, 30 Sep 2026 17:02:15 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-01 18:57:28.124184
• Title: Dissipation accelerates quantum and classical simulation of open-system dynamics
• Title（参考訳）: 散逸は開系力学の量子的および古典的シミュレーションを促進する
• Abstract要約: 偏極化を含むパウリノイズの幅広いクラスは、量子的および古典的なシミュレーションを緩和できることを示す。 境界度リンドブラッド力学では、局所観測可能量の推定時にシステムサイズに依存しないトロッターステップが許される。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.0874100424278175
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Simulating open quantum systems reveals how environmental coupling shapes relaxation, excitation transport, and the dynamics of quantum correlations. On quantum hardware, dissipative channels add operations and might seem to increase cost. However, we show that a broad class of Pauli noise, including depolarization, can ease quantum and classical simulation by exponentially suppressing high-weight components of Heisenberg-evolved observables. For bounded-degree Lindblad dynamics, this permits system-size-independent Trotter steps when estimating local observables. Combining this compression with Richardson extrapolation, we provide classical and quantum error bounds with respect to the 2-norm of the propagated observable. These give high-probability expectation-value guarantees for random input states or random Hamiltonians acting on a fixed state and control (out-of-time-order) correlators. Concretely, we show that expectation values of local observables at time $t$ can be estimated to accuracy $\varepsilon$ using circuits of maximum depth $O\!\left(\left[1+\left(t/γ\right)^{3/2}\right]\log^2(1/\varepsilon)\right)$, independent of the system size $n$. Classically, we show that sparse Pauli propagation runs in time polynomial in $n$, $t$ and $1/\varepsilon$ for every fixed $γ>0$, with polynomial degree $O(1/γ)$ in the weak dissipation limit. The gap between our quantum and classical upper bounds leaves room for a substantial polynomial quantum advantage as dissipation weakens, an observation further supported by our numerical results.
• Abstract（参考訳）: オープン量子システムのシミュレーションは、環境結合が緩和、励起輸送、および量子相関のダイナミクスをどのように形成するかを明らかにする。 量子ハードウェアでは、散逸チャネルが演算を追加し、コストが上昇する可能性がある。 しかし, 偏極化を含む広い種類のパウリノイズは, ハイゼンベルク型観測器の高重成分を指数関数的に抑制することにより, 量子的および古典的シミュレーションの容易化を図っている。 境界度リンドブラッド力学では、局所観測可能量の推定時にシステムサイズに依存しないトロッターステップが許される。 この圧縮とリチャードソンの外挿を組み合わせることで、伝播可観測体の2ノルムに関して古典的および量子的誤差境界を提供する。 これらは、ランダム入力状態や固定状態に作用するランダムハミルトニアンに対して高い確率期待値保証を与え、(時間外)相関器を制御する。 具体的には,最大深度$O\!の回路を用いて,局所観測値の予測値を精度$\varepsilon$と推定できることを示す。 \left(\left[1+\left(t/γ\right)^{3/2}\right]\log^2(1/\varepsilon)\right)$。 古典的には、スパース・パウリの伝播は、弱散逸極限において、すべての固定された$γ>0$に対して$n$, $t$, $1/\varepsilon$で時間多項式で実行されることを示す。 量子上界と古典上界の間のギャップは、散逸が弱まるにつれて、相当な多項式量子優位性を持つ余地が残っており、我々の数値結果によってさらに支持される。

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