複雑量子系シミュレーションのブレークスルー(Breakthrough in the simulation of complex quantum systems)

2026-04-22 ミュンヘン大学(LMU)

LMU Munichの研究チームは、複雑な量子系シミュレーションの新手法を開発した。量子多体系は粒子間相互作用の増大により計算が急激に困難になるが、本研究では効率的なアルゴリズムと数値手法を導入し、大規模系でも高精度に振る舞いを再現可能にした。特に量子エンタングルメントの扱いを最適化し、従来法より計算コストを大幅削減しつつ精度を維持する点が特徴である。この成果により、量子材料や量子コンピュータの理解・設計が加速し、新規物性探索や量子技術の発展に寄与すると期待される。

<関連情報>

スペクトル分解と高精度グリーン関数:複素時間クリロフ展開によるナイキスト・シャノン限界の克服 Spectral Decomposition and High-Accuracy Green’s Functions: Overcoming the Nyquist-Shannon Limit via Complex-time Krylov Expansion

Physical Review Letters  Published: 21 April, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/bx76-hps4

Abstract

The accurate computation of low-energy spectra of strongly correlated quantum many-body systems, typically accessed via Green’s functions, is a long-standing problem posing enormous challenges to numerical methods. When the spectral decomposition is obtained from Fourier transforming a time series, the Nyquist-Shannon theorem limits the frequency resolution Δ⁢ according to the numerically accessible time domain size via Δ⁢=2⁢/. In tensor network methods, increasing the domain size is exponentially hard due to the ubiquitous spread of correlations, limiting the frequency resolution and thereby restricting this ansatz class mostly to one-dimensional systems with small quasiparticle velocities. Here, we show how this limitation can be overcome by augmenting the time series with complex-time Krylov states. With the example of the critical −1/2 Heisenberg model and light bipolarons in the two-dimensional Su-Schrieffer-Heeger model, we demonstrate the enormous improvements in accuracy, which can be achieved using this method.

1603情報システム・データ工学
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