論文の概要: Gauge-Symmetry Protection Using Single-Body Terms
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2007.00668v2
- Date: Tue, 11 Aug 2020 15:36:45 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-11 23:00:28.139982
- Title: Gauge-Symmetry Protection Using Single-Body Terms
- Title（参考訳）: 単体項を用いたゲージ対称性保護
- Authors: Jad C. Halimeh, Haifeng Lang, Julius Mildenberger, Zhang Jiang,
Philipp Hauke
- Abstract要約: 量子シミュレーターハードウェアは、粒子物理学と核物理学の問題に対する新たな洞察を約束する。
格子ゲージ理論におけるゲージ不変性を保護するための実験的フレンドリな手法を提案する。
本手法では, 単体エネルギー収支項のみを用い, 実用的な実装を実現している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum-simulator hardware promises new insights into problems from particle
and nuclear physics. A major challenge is to reproduce gauge invariance, as
violations of this quintessential property of lattice gauge theories can have
dramatic consequences, e.g., the generation of a photon mass in quantum
electrodynamics. Here, we introduce an experimentally friendly method to
protect gauge invariance in $\mathrm{U}(1)$ lattice gauge theories against
coherent errors in a controllable way. Our method employs only single-body
energy-penalty terms, thus enabling practical implementations. As we derive
analytically, some sets of penalty coefficients render undesired gauge sectors
inaccessible by unitary dynamics for exponentially long times, and, for
few-body error terms, with resources independent of system size. These findings
constitute an exponential improvement over previously known results from
energy-gap protection or perturbative treatments. In our method, the
gauge-invariant subspace is protected by an emergent global symmetry, meaning
it can be immediately applied to other symmetries. In our numerical benchmarks
for continuous-time and digital quantum simulations, gauge protection holds for
all calculated evolution times (up to $t>10^{10}/J$ for continuous time, with
$J$ the relevant energy scale). Crucially, our gauge-protection technique is
simpler to realize than the associated ideal gauge theory, and can thus be
readily implemented in current ultracold-atom analog simulators as well as
digital noisy intermediate scale quantum (NISQ) devices.
- Abstract（参考訳）: 量子シミュレーションハードウェアは、素粒子と核物理学の問題に対する新たな洞察を約束する。
大きな課題はゲージ不変性を再現することであり、格子ゲージ理論のこの四分法的性質の違反は、例えば量子電磁力学における光子質量の生成のような劇的な結果をもたらす。
本稿では,(1) 格子ゲージ理論におけるゲージ不変性を制御可能な方法でコヒーレント誤差から保護する実験的にフレンドリーな手法を提案する。
本手法は, 単体エネルギー収支項のみを用い, 実用的な実装を実現する。
解析的に導かれるように、いくつかのペナルティ係数の集合は、指数関数的に長い時間単位力学によって到達不能なゲージセクターと、数体誤差項に対して、システムサイズに依存しない資源を生じる。
これらの結果は, エネルギーギャップ保護や摂動治療による既知値に対する指数関数的な改善である。
この方法ではゲージ不変部分空間は創発的大域対称性によって保護され、即時他の対称性にも適用できる。
連続時間およびデジタル量子シミュレーションの数値ベンチマークでは、すべての計算された進化時間(最大$t>10^{10}/J$、関連するエネルギースケールは$J$)に対してゲージ保護が保持される。
重要なことに、我々のゲージ保護技術は、関連する理想ゲージ理論よりも容易に実現でき、現在の超低温原子アナログシミュレータやデジタルノイズ中間スケール量子(NISQ)デバイスで容易に実装できる。
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