量子コンピュータを用いた高精度原子核構造計算の実現-核物理シミュレーションの新たな時代へ-

2026-02-20 宇都宮大学

宇都宮大学や理化学研究所などの共同研究グループは、理研設置のQuantinuum社製イオントラップ型量子コンピュータ「黎明」を用い、酸素・カルシウム・ニッケル同位体の基底状態エネルギーを高精度に推定することに成功した。系の特性に基づく量子回路設計と誤り低減法を組み合わせ、NISQデバイスで0.1%程度の精度を達成。原子核ハミルトニアンの1体項・2体項を効率的に測定し、従来困難だった核子多体系計算を実機で実証した。量子計算が原子核理論の新たな計算基盤となる可能性を示す成果で、Physical Review Researchに掲載された。

量子コンピュータを用いた高精度原子核構造計算の実現-核物理シミュレーションの新たな時代へ-
図 1. 22O 同位体の基底状態推定に用いた状態作成回路の模式図
(a) 近接量子ビット間の演算に限定した回路 (b) 全結合量子ビットを仮定した回路

<関連情報>

量子コンピューティングと原子核構造の橋渡し:トラップイオン量子コンピュータ上の原子核 Bridging quantum computing and nuclear structure: Atomic nuclei on a trapped-ion quantum computer

Sota Yoshida,Takeshi Sato,Takumi Ogata,Masaaki Kimura
Physical Review Research  Published: 6 February, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/td9s-z7my

Abstract

We demonstrate quantum simulations of strongly correlated nuclear many-body systems on the RIKEN-Quantinuum Reimei trapped-ion quantum computer, targeting ground states of oxygen, calcium, and nickel isotopes. By combining a hard-core-boson representation of the nuclear shell model with a pair-unitary coupled-cluster doubles ansatz, we achieve subpercent relative error in the ground-state energies compared to noise-free state vector simulations. Our approach leverages symmetry-aware state preparation and particle-number postselection to efficiently capture pairing correlations characteristic of systems with same-species nucleons. These findings highlight the viability of high-fidelity trapped-ion platforms for nuclear physics applications and provide a foundation for scaling to more complex nuclear systems.

1701物理及び化学
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました