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Digital-analog quantum computing of fermion-boson models in superconducting circuits
Indexado
WoS WOS:001441861800001
DOI 10.1038/S41534-025-01001-4
Año 2025
Tipo artículo de investigación

Citas Totales

Autores Afiliación Chile

Instituciones Chile

% Participación
Internacional

Autores
Afiliación Extranjera

Instituciones
Extranjeras


Abstract



High-fidelity quantum simulations demand hardware-software co-design architectures, which are crucial for adapting to complex problems such as strongly correlated dynamics in condensed matter. By leveraging co-design strategies, we can enhance the performance of state-of-the-art quantum devices in the noisy intermediate quantum (NISQ) and early error-correction regimes. In this direction, we propose a digital-analog quantum algorithm for simulating the Hubbard-Holstein model, describing strongly correlated fermion-boson interactions, in a suitable architecture with superconducting circuits. It comprises a linear chain of qubits connected by resonators, emulating electron-electron (e-e) and electron-phonon (e-p) interactions, as well as fermion tunneling. Our approach is adequate for digital-analog quantum computing (DAQC) of fermion-boson models, including those described by the Hubbard-Holstein model. We show the reduction in the circuit depth of the DAQC algorithm, a sequence of digital steps and analog blocks, outperforming the purely digital approach. We exemplify the quantum simulation of a half-filled two-site Hubbard-Holstein model. In this example, we obtain time-dependent state fidelities larger than 0.98, showing that our proposal is suitable for studying the dynamical behavior of solid-state systems. Our proposal opens the door to computing complex systems for chemistry, materials, and high-energy physics.

Revista



Revista ISSN
Npj Quantum Information 2056-6387

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Disciplinas de Investigación



WOS
Physics, Condensed Matter
Physics, Applied
Physics, Atomic, Molecular & Chemical
Quantum Science & Technology
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SciELO
Sin Disciplinas

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Publicaciones WoS (Ediciones: ISSHP, ISTP, AHCI, SSCI, SCI), Scopus, SciELO Chile.

Colaboración Institucional



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Autores - Afiliación



Ord. Autor Género Institución - País
1 Kumar, Shubham - Kipu Quantum - Alemania
2 Hegade, N. N. - Kipu Quantum - Alemania
3 Visuri, Anne-Maria - Kipu Quantum - Alemania
4 Bhargava, Balaganchi A. - Kipu Quantum - Alemania
5 Hernandez, Juan F. R. - Kipu Quantum - Alemania
6 Solano, Enrique Hombre Kipu Quantum - Alemania
7 Albarran-Arriagada, F. - Universidad de Santiago de Chile - Chile
8 Barrios, G. Alvarado - Kipu Quantum - Alemania

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Financiamiento



Fuente
Fondecyt Regular
Financiamiento Basal para Centros Científicos y Tecnológicos de Excelencia
Agencia Nacional de Investigacion y Desarrollo (ANID): Subvencion a la Instalacion en la Academia

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Agradecimientos



Agradecimiento
We are thankful for the financial support of Agencia Nacional de Investigacion y Desarrollo (ANID): Subvencion a la Instalacion en la Academia SA77210018, Fondecyt Regular 1231174, Financiamiento Basal para Centros Cientificos y Tecnologicos de Excelencia AFB220001. We thank Prof. Lin Tian from University of California, Merced for fruitful discussions regarding this project.

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