論文の概要: Efficient quantum simulation of unitary gates based on atomic ensembles
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.22207v1
- Date: Thu, 15 Oct 2026 16:55:55 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-10-17 06:09:33.202592
- Title: Efficient quantum simulation of unitary gates based on atomic ensembles
- Title（参考訳）: 原子アンサンブルに基づく単一ゲートの効率的な量子シミュレーション
- Abstract要約: 我々は、同一の量子ビットを持つシステムに基づいて、一般的なスピンハミルトンの効率的なユニタリ時間発展を行う手法を開発した。
我々は、正確な時間進化と鈴木トロッター積公式の両方に対してカルタンベースの進化をベンチマークする。
- 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 develop a technique to perform efficient unitary time evolution of a general spin Hamiltonian based on the system with identical qubits, as naturally realized by permutation symmetric atomic ensembles. We employ Cartan decomposition method to the associated Hamiltonian Lie algebra and construct the symmetry adapted generators to implement unitary operator of the ensemble Hamiltonian. This enables the compact circuit representations of the system dynamics in terms of experimentally accessible collective spin operations and exploits the Dicke basis structure of the ensembles as an effective qudit representation. We benchmark Cartan based evolution against both exact time evolution and the Suzuki Trotter product formula. Our results show that the Cartan protocol accurately reproduces the operator dynamics, spin expectation values, and fluctuation observables with zero error that are substantially smaller than those obtained through Trotterization while maintaining an optimized circuit structure. In addition, scaling analysis with the ensemble size demonstrates that the Cartan error remains independent of the atom number while the corresponding Trotter error increases with the system size, highlighting the improved efficiency of the Cartan approach for a larger system size.
- Abstract（参考訳）: 我々は、置換対称原子アンサンブルによって自然に実現されるように、同じ量子ビットを持つ系に基づく一般スピンハミルトニアンの効率的なユニタリ時間進化を行う技術を開発した。
我々は、関連するハミルトニアンリー代数にカルタン分解法を採用し、シンサンブル・ハミルトニアンのユニタリ作用素を実装するために対称性適応ジェネレータを構築する。
これにより、実験的にアクセス可能な集合スピン演算の観点から系の力学のコンパクトな回路表現が可能となり、アンサンブルのディック基底構造を効果的なキューディット表現として利用することができる。
我々は、正確な時間進化と鈴木トロッター積公式の両方に対してカルタンベースの進化をベンチマークする。
その結果,カータンプロトコルは,最適化回路構造を維持しながら,トロタライゼーションにより得られたものよりも大幅に小さいゼロ誤差で,演算子ダイナミクス,スピン期待値,揺らぎ観測値を正確に再現することを示した。
さらに、アンサンブルサイズによるスケーリング解析により、カルタンの誤差は原子数とは独立に保たれ、対応するトロッターの誤差はシステムサイズとともに増加し、より大きなシステムサイズに対するカルタンのアプローチの改善効率が強調される。
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