論文の概要: A resource efficient approach for quantum and classical simulations of
gauge theories in particle physics
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2006.14160v3
- Date: Thu, 21 Jan 2021 16:23:23 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-12 20:14:46.083822
- Title: A resource efficient approach for quantum and classical simulations of
gauge theories in particle physics
- Title（参考訳）: 素粒子物理学におけるゲージ理論の量子および古典シミュレーションのための資源効率のよいアプローチ
- Authors: Jan F. Haase, Luca Dellantonio, Alessio Celi, Danny Paulson, Angus
Kan, Karl Jansen, Christine A. Muschik
- Abstract要約: 格子ゲージ理論(LGT)の計算は、基本的な相互作用の理解において重要である。
ハミルトニアンの定式化には無限次元のゲージの度合いが関係しており、これは単にトランケーションでしか扱えない。
ハミルトンの定式化において、LGTを連続ゲージ群でシミュレートするための資源効率のよいプロトコルを提供する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Gauge theories establish the standard model of particle physics, and lattice
gauge theory (LGT) calculations employing Markov Chain Monte Carlo (MCMC)
methods have been pivotal in our understanding of fundamental interactions. The
present limitations of MCMC techniques may be overcome by Hamiltonian-based
simulations on classical or quantum devices, which further provide the
potential to address questions that lay beyond the capabilities of the current
approaches. However, for continuous gauge groups, Hamiltonian-based
formulations involve infinite-dimensional gauge degrees of freedom that can
solely be handled by truncation. Current truncation schemes require
dramatically increasing computational resources at small values of the bare
couplings, where magnetic field effects become important. Such limitation
precludes one from `taking the continuous limit' while working with finite
resources. To overcome this limitation, we provide a resource-efficient
protocol to simulate LGTs with continuous gauge groups in the Hamiltonian
formulation. Our new method allows for calculations at arbitrary values of the
bare coupling and lattice spacing. The approach consists of the combination of
a Hilbert space truncation with a regularization of the gauge group, which
permits an efficient description of the magnetically-dominated regime. We focus
here on Abelian gauge theories and use $2+1$ dimensional quantum
electrodynamics as a benchmark example to demonstrate this efficient framework
to achieve the continuum limit in LGTs. This possibility is a key requirement
to make quantitative predictions at the field theory level and offers the
long-term perspective to utilise quantum simulations to compute physically
meaningful quantities in regimes that are precluded to quantum Monte Carlo.
- Abstract（参考訳）: ゲージ理論は素粒子物理学の標準モデルを確立し、マルコフ連鎖モンテカルロ法(mcmc)を用いた格子ゲージ理論(lgt)の計算は基礎相互作用の理解において重要である。
mcmc技術の現在の限界は、古典的または量子的なデバイス上でのハミルトンに基づくシミュレーションによって克服され、これにより、現在のアプローチの能力を超えた問題にさらに対処できる可能性がある。
しかし、連続ゲージ群に対しては、ハミルトンに基づく定式化は、トランケーションによってのみ扱うことができる無限次元ゲージ自由度を含む。
現在のトランケーション方式では、磁場効果が重要となる素結合の小さな値において、計算資源を劇的に増加させる必要がある。
このような制限は有限資源を扱うときに「連続限界を取る」ことを妨げる。
この制限を克服するために、ハミルトニアン定式化において連続ゲージ群を持つLGTをシミュレートする資源効率のよいプロトコルを提供する。
提案手法はベアカップリングと格子間隔の任意の値での計算を可能にする。
このアプローチはヒルベルト空間の切り離しとゲージ群の正規化の組み合わせから成り、磁気的に支配された状態の効率的な記述を可能にする。
ここでは、アベリアゲージ理論に注目し、LGTの連続極限を達成するためのこの効率的なフレームワークを示すためのベンチマーク例として、2+1$の量子電磁力学を用いる。
この可能性は場理論のレベルで定量的な予測を行うための重要な要件であり、量子モンテカルロに先行する領域において物理的に有意義な量を計算するために量子シミュレーションを利用する長期的な展望を提供する。
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