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講演抄録/キーワード
講演名 2025-05-28 11:30
Unitalへの外挿に基づく自由エネルギー推定
坪井星汰石田展雅長谷川禎彦東大
抄録 (和) 近年、熱力学と情報理論の本質的な繋がりを表す関係式が明らかにされており、それらの熱力学的関係式を応用して物理量を推定するthermodynamic inferenceが盛んに研究されている。中でも、基礎的な関係式であるJarzynski等式は、量子系における実験的な自由エネルギー推定の手法として期待されている。しかしながら、Jarzynski等式はunitalな量子時間発展を仮定しており、外部環境との相互作用が存在する非unitalな量子時間発展下では適用が困難である。
そこで、本研究では量子誤り低減の分野で提案されたZero Noise Extrapolation(ZNE)に着想を得て、相互作用の影響を補正することで自由エネルギー変化を推定する方法を開発した。
Gibbs状態にある2量子ビット系を対象に、Lindblad方程式およびKraus表現に基づくシミュレーションを行い、提案手法の有効性を検証した。本研究は外部環境との相互作用を無視することができない複雑な量子システムに対する自由エネルギー変化を推定する手法としての利用が期待できる。 
(英) In recent years, fundamental connections between thermodynamics and information theory have been elucidated, and thermodynamic inference, which estimates physical quantities by applying thermodynamic relations, has attracted significant attention. Among these, the Jarzynski equality—a foundational relation—is particularly promising as a method for experimentally estimating free energy in quantum systems. However, the Jarzynski equality assumes unital quantum time evolution, making it difficult to apply in non-unital dynamics where interactions with external environments are present.

In this study, we propose a method to estimate free energy changes by correcting for environmental interactions, inspired by Zero Noise Extrapolation (ZNE), a technique developed in the field of quantum error mitigation. We validated the effectiveness of the proposed method through simulations based on the Lindblad equation and Kraus representations, using a two-qubit system initially in a Gibbs state. This work is expected to provide a means of estimating free energy changes in complex quantum systems where interactions with external environments cannot be neglected.
キーワード (和) 自由エネルギー推定 / Jarzynski等式 / Zero Noise Extrapolation / 熱力学的推定 / / / /  
(英) free energy estimation / Jarzynski equality / Zero Noise Extrapolation / thermodynamic inference / / / /  
文献情報 信学技報
資料番号  
発行日  
ISSN  
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研究会情報
研究会 QIT  
開催期間 2025-05-28 - 2025-05-30 
開催地(和) 静岡大学 浜松キャンパス 佐鳴会館 
開催地(英) Sanaru Hall, Hamamatsu Campus, Shizuoka University 
テーマ(和) 量子情報,一般 
テーマ(英) Quantum Information 
講演論文情報の詳細
申込み研究会 QIT 
会議コード 2025-05-QIT 
本文の言語 日本語 
タイトル(和) Unitalへの外挿に基づく自由エネルギー推定 
サブタイトル(和)  
タイトル(英) Free energy estimation based on unital extrapolation 
サブタイトル(英)  
キーワード(1)(和/英) 自由エネルギー推定 / free energy estimation  
キーワード(2)(和/英) Jarzynski等式 / Jarzynski equality  
キーワード(3)(和/英) Zero Noise Extrapolation / Zero Noise Extrapolation  
キーワード(4)(和/英) 熱力学的推定 / thermodynamic inference  
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キーワード(7)(和/英) /  
キーワード(8)(和/英) /  
第1著者 氏名(和/英/ヨミ) 坪井 星汰 / Seita Tsuboi / ツボイ セイタ
第1著者 所属(和/英) 東京大学 (略称: 東大)
The University of Tokyo (略称: Univ. of Tokyo)
第2著者 氏名(和/英/ヨミ) 石田 展雅 / Nobumasa Ishida / イシダ ノブマサ
第2著者 所属(和/英) 東京大学 (略称: 東大)
The University of Tokyo (略称: Univ. of Tokyo)
第3著者 氏名(和/英/ヨミ) 長谷川 禎彦 / Yoshihiko Hasegawa / ハセガワ ヨシヒコ
第3著者 所属(和/英) 東京大学 (略称: 東大)
The University of Tokyo (略称: Univ. of Tokyo)
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講演者 第1著者 
発表日時 2025-05-28 11:30:00 
発表時間 20分 
申込先研究会 QIT 
資料番号  
巻番号(vol) vol. 
号番号(no)  
ページ範囲  
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発行日  


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