論文の概要: Towards simulating 2D effects in lattice gauge theories on a quantum
computer
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2008.09252v2
- Date: Fri, 30 Jul 2021 19:17:48 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-05 08:07:23.021991
- Title: Towards simulating 2D effects in lattice gauge theories on a quantum
computer
- Title（参考訳）: 量子コンピュータ上での格子ゲージ理論における2次元効果のシミュレーション
- Authors: Danny Paulson, Luca Dellantonio, Jan F. Haase, Alessio Celi, Angus
Kan, Andrew Jena, Christian Kokail, Rick van Bijnen, Karl Jansen, Peter
Zoller, Christine A. Muschik
- Abstract要約: 本研究では,既存の量子技術を用いた2次元量子力学(2次元QED)の基底状態特性を実験的に研究する量子シミュレーション手法を提案する。
この提案は、arXiv:2006.14160における効果的なスピンモデルとしての格子ゲージ理論の定式化に基づいている。
本稿では、磁場効果の研究のための2つの変分量子固有解法(VQE)ベースのプロトコルと、QEDの動作結合を計算するための重要な第一歩について述べる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.327151508840301
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Gauge theories are the most successful theories for describing nature at its
fundamental level, but obtaining analytical or numerical solutions often
remains a challenge. We propose an experimental quantum simulation scheme to
study ground state properties in two-dimensional quantum electrodynamics (2D
QED) using existing quantum technology. The proposal builds on a formulation of
lattice gauge theories as effective spin models in arXiv:2006.14160, which
reduces the number of qubits needed by eliminating redundant degrees of freedom
and by using an efficient truncation scheme for the gauge fields. The latter
endows our proposal with the perspective to take a well-controlled continuum
limit. Our protocols allow in principle scaling up to large lattices and offer
the perspective to connect the lattice simulation to low energy observable
quantities, e.g. the hadron spectrum, in the continuum theory. By including
both dynamical matter and a non-minimal gauge field truncation, we provide the
novel opportunity to observe 2D effects on present-day quantum hardware. More
specifically, we present two Variational Quantum Eigensolver (VQE) based
protocols for the study of magnetic field effects, and for taking an important
first step towards computing the running coupling of QED. For both instances,
we include variational quantum circuits for qubit-based hardware, which we
explicitly apply to trapped ion quantum computers. We simulate the proposed VQE
experiments classically to calculate the required measurement budget under
realistic conditions. While this feasibility analysis is done for trapped ions,
our approach can be easily adapted to other platforms. The techniques presented
here, combined with advancements in quantum hardware pave the way for reaching
beyond the capabilities of classical simulations by extending our framework to
include fermionic potentials or topological terms.
- Abstract（参考訳）: ゲージ理論は自然を基本レベルで記述する最も成功した理論であるが、分析的あるいは数値的な解を得ることは難題であることが多い。
既存の量子技術を用いた2次元量子電磁力学(2d qed)における基底状態の研究のための実験的な量子シミュレーション手法を提案する。
この提案は arXiv:2006.14160 における効率的なスピンモデルとしての格子ゲージ理論の定式化に基づいており、これは冗長な自由度を排除し、ゲージ場に対する効率的なトランケーションスキームを用いることで必要となる量子ビットの数を削減している。
後者は,よく制御された連続体限界を取るという観点から提案を内包する。
我々のプロトコルは原則として大きな格子にスケールアップすることができ、連続体理論において格子シミュレーションを低エネルギー観測可能な量(例えばハドロンスペクトル)に接続する視点を提供する。
動的物質と非最小ゲージ場の切断の両方を含めることで、現在の量子ハードウェアに2d効果を観測する新しい機会を提供する。
具体的には、磁場効果の研究のための2つの変分量子固有解法(VQE)ベースのプロトコルと、QEDの動作結合を計算するための重要な第一歩について述べる。
どちらのインスタンスも、量子ビットベースのハードウェアのための変分量子回路を含み、トラップされたイオン量子コンピュータに明示的に適用する。
提案するvqe実験を古典的にシミュレートし,実環境下で必要な測定予算を算出する。
この実現可能性分析は閉じ込められたイオンに対して行われるが、我々のアプローチは他のプラットフォームに容易に適用できる。
ここで提示された技術は、量子ハードウェアの進歩と相まって、フェルミオンポテンシャルや位相項を含むフレームワークを拡張することによって、古典的シミュレーションの能力を超えている。
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