量子・古典融合フレームワークが第一原理核計算への道を開拓 (New Quantum-Classical Framework Opens Path for Ab Initio Nuclear Calculations)

2026-05-29 中国科学院(CAS)

中国科学院近代物理研究所(IMP)などの研究チームは、量子コンピューティングと古典コンピューティングを統合した新しい量子・古典ハイブリッド計算フレームワークを開発し、多フェルミオン系の応答関数と構造解析に成功した。強く相関した量子多体系では、粒子数の増加に伴いヒルベルト空間が指数関数的に拡大するため、従来のスーパーコンピュータでも大規模な第一原理(ab initio)計算は困難だった。本手法は、研究チーム独自の低オーバーヘッド量子符号化方式を採用し、量子回路のコンパイルコストを大幅に削減するとともに、現実的な核力の下で束縛状態スペクトルと応答関数を統一的かつ自己無撞着に計算できる。検証として酸素19(¹⁹O)の励起エネルギースペクトルを計算した結果、従来の古典計算と高い一致を示した。この成果は、原子核構造や核反応の第一原理研究に新たな道を開くとともに、量子コンピューティングの強相関多体系への応用を加速する重要な基盤技術となることが期待される。

<関連情報>

多フェルミオン応答と構造のための量子古典計算フレームワーク Quantum-classical computational framework for many-fermion response and structure

Weijie Du, Yangguang Yang, Zixin Liu, Chao Yang, James P. Vary
Physics Letters B  Available online: 12 May 2026
DOI:https://doi.org/10.1016/j.physletb.2026.140538

量子・古典融合フレームワークが第一原理核計算への道を開拓 (New Quantum-Classical Framework Opens Path for Ab Initio Nuclear Calculations)

Abstract

Response functions are key observables for probing the structure and dynamics of many-body systems. We present and demonstrate a quantum-classical computational framework for computing response functions of general many-fermion systems that also provides the full bound-state spectrum. The framework employs the Lorentz integral transform and a recently developed Hamiltonian input scheme that enables practical and scalable circuit constructions for general many-fermion Hamiltonians. Within this framework, we evaluate the Lorentz integral and propose three protocols to extract response functions and bound-state structural information. We apply the method to 19O with realistic internucleon interactions, computing both the bound-state spectrum and the response function. This demonstration indicates opportunities for exploring the structure and dynamics of a broad class of many-body systems across diverse fields.

1701物理及び化学
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