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Improved strategies for fermionic simulation with global interactions

Kaldenbach, Thierry und Schultheis, Erik und Stewen, Niklas und Breuil, Gabriel (2026) Improved strategies for fermionic simulation with global interactions. npj Quantum Information, 12, Seite 54. Springer Nature. doi: 10.1038/s41534-026-01223-0. ISSN 2056-6387.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
1MB

Offizielle URL: https://www.nature.com/articles/s41534-026-01223-0

Kurzfassung

We present efficient quantum circuits for fermionic excitation operators tailored for ion trap quantum computers exhibiting the Mølmer-Sørensen (MS) gate. Such operators commonly arise in the study of static and dynamic properties in electronic structure problems using Unitary Coupled Cluster theory or Trotterized time evolution. We detail how the global MS interaction naturally suits the non-local structure of fermionic excitation operators under the Jordan-Wigner mapping and simultaneously provides optimal parallelism in their circuit decompositions. Compared to previous schemes on ion traps, our approach reduces the number of MS gates by factors of 2-, and 4, for single-, and double excitations, respectively. These improvements promise significant speedups and error reductions, which we demonstrate by characterizing our circuits under a realistic pulse-level noise model of a linear ion trap quantum processor.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/224282/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Zusätzliche Informationen:This project was funded by the DLR Quantum Computing Initiative and the Federal Ministry for Economic Affairs and Climate Action; https://qci.dlr.de/quanticom (T.N.K, E.S, G.B.)
Titel:Improved strategies for fermionic simulation with global interactions
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Kaldenbach, Thierrythierry.kaldenbach (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0008-5607-4427214950103
Schultheis, ErikErik.Schultheis (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0007-4728-7124214950104
Stewen, Niklasniklas.stewen (at) physik.tu-darmstadt.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Breuil, Gabrielgabriel.breuil (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9753-9384214950105
Datum:27 März 2026
Erschienen in:npj Quantum Information
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:12
DOI:10.1038/s41534-026-01223-0
Seitenbereich:Seite 54
Verlag:Springer Nature
ISSN:2056-6387
Status:veröffentlicht
Stichwörter:fermionic simulation, molecular simulation, ion traps, trapped ions, global interactions, Mølmer-Sørensen gate, circuit optimization, circuit compilation, unitary coupled cluster, pulse optimization, noise modeling
HGF - Forschungsbereich:keine Zuordnung
HGF - Programm:keine Zuordnung
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:Quantencomputing-Initiative
DLR - Forschungsgebiet:QC AW - Anwendungen
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):QC - QuantiCoM
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Frontier Materials auf der Erde und im Weltraum > Digital integrierte Mikrostruktur und Mechanik
Hinterlegt von: Kaldenbach, Thierry
Hinterlegt am:18 Mai 2026 08:58
Letzte Änderung:18 Mai 2026 08:58

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