論文の概要: Quantum Co-Design of Inhomogeneous Many-Body Neutrino Fast Flavor Transformation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.12334v1
• Date: Thu, 08 Oct 2026 17:12:10 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-10 02:36:54.203544
• Title: Quantum Co-Design of Inhomogeneous Many-Body Neutrino Fast Flavor Transformation
• Title（参考訳）: 不均一多体ニュートリノ高速フレーバー変換の量子共設計
• Abstract要約: 我々は、TEBD2積形式量子回路への対流および有限範囲相互作用を持つ前方散乱ニュートリノハミルトニアンをマッピングする。 平均フィールド状の超高速フレーバーの不安定性をN=30$で再現する。 NISQと耐故障性の両方で回路深さとゲートコストを$N=50$で見積もる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 36.94429692322632
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Dense-neutrino flavor evolution is a quantum many-body problem whose fully correlated treatment becomes rapidly more expensive with increasing particle number and spatial structure. We develop a \texttt{QCNO} quantum simulation code that maps a inhomogeneous forward-scattering neutrino Hamiltonian with advection and finite-range interactions to TEBD2 product-formula quantum circuits, and connects ideal many-body simulation, backend-aware execution, and fault-tolerant resource estimation within the same physical model. We reproduce the exact many-body evolution of the suppressed mean-field-like transverse fast flavor instability through $N=30$ and show that even a single open-boundary interaction generates Rënyi entanglement and non-stabilizer magic, although noisy backends still produce polarization RMSEs of order $0.1$--$0.3$. The restricted active interaction graph of this problem allows us to estimate the circuit depth and $T$ gate cost through $N=50$ for both NISQ and fault-tolerant approaches. The measured TEBD2 error in our fiducial ideal simulation of order $10^{-3}$ motivates a synthesis tolerance $\varepsilon_{\rm syn}\sim10^{-7}$, corresponding to about $70$ $T$ gates per $R_Z$ rotation. The generated circuit contains $1.4\times10^4$ $T$ gates per qubit for open boundaries (twice that for closed boundaries), requiring an application-level logical-$T$ error target of order $10^{-7}$ for early fault-tolerant architectures.
• Abstract（参考訳）: デンスニュートリノフレーバーの進化は量子多体問題であり、完全に相関した処理が粒子数や空間構造の増加とともに急速に高価になる。 我々は,TEBD2 製品-形式量子回路との対流および有限範囲の相互作用を持つ不均一な前方散乱ニュートリノハミルトニアンをマッピングし,理想的な多体シミュレーション,バックエンド対応実行,フォールトトレラントリソース推定を同一物理モデル内で接続する。 抑制された平均場状横方向の高速フレーバー不安定性の正確な多体進化を$N=30$で再現し,一方のオープンバウンダリ相互作用でさえもRënyiエンタングルメントと非安定化魔法を発生させることを示すが,ノイズの多いバックエンドは次数0.1$-0.3$のRMSEを生成する。 この問題の制限されたアクティブ相互作用グラフは、NISQとフォールトトレラントの両方のアプローチに対して、回路深さと$T$ゲートコストを$N=50$で見積もることができる。 10^{-3}$のフィジュアル理想シミュレーションにおける測定されたTEBD2誤差は、R_Z$回転あたり約70ドルのT$ゲートに対応する合成耐性$\varepsilon_{\rm syn}\sim10^{-7}$を動機付ける。 生成された回路は、オープンバウンダリに対してキュービット当たり1.4\times10^4$$$T$ゲートを含み(クローズドバウンダリでは2つ)、初期のフォールトトレラントアーキテクチャでは、アプリケーションレベルの論理値$T$エラーターゲットである10^{-7}$を必要とする。

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