論文の概要: Simulating gauge theories with variational quantum eigensolvers in superconducting microwave cavities

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2108.08248v2
• Date: Wed, 18 Oct 2023 17:39:53 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-10-19 13:38:55.634829
• Title: Simulating gauge theories with variational quantum eigensolvers in superconducting microwave cavities
• Title（参考訳）: 超伝導マイクロ波空洞における変分量子固有解法を用いたゲージ理論のシミュレーション
• Authors: Jinglei Zhang, Ryan Ferguson, Stefan K\"uhn, Jan F. Haase, C.M. Wilson, Karl Jansen, Christine A. Muschik
• Abstract要約: 変分量子固有解器(VQE)は、高価な状態の準備と測定を量子ハードウェアに委譲する。 超伝導マイクロ波空洞を用いたボソニックVQEを提案し、VQEが量子ビットベースである場合、小さなヒルベルト空間の典型的な制限を克服する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.0781167019314806
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
• Abstract: Quantum-enhanced computing methods are promising candidates to solve currently intractable problems. We consider here a variational quantum eigensolver (VQE), that delegates costly state preparations and measurements to quantum hardware, while classical optimization techniques guide the quantum hardware to create a desired target state. In this work, we propose a bosonic VQE using superconducting microwave cavities, overcoming the typical restriction of a small Hilbert space when the VQE is qubit based. The considered platform allows for strong nonlinearities between photon modes, which are highly customisable and can be tuned in situ, i.e. during running experiments. Our proposal hence allows for the realization of a wide range of bosonic ansatz states, and is therefore especially useful when simulating models involving degrees of freedom that cannot be simply mapped to qubits, such as gauge theories, that include components which require infinite-dimensional Hilbert spaces. We thus propose to experimentally apply this bosonic VQE to the U(1) Higgs model including a topological term, which in general introduces a sign problem in the model, making it intractable with conventional Monte Carlo methods.
• Abstract（参考訳）: 量子エンハンシングコンピューティング手法は、現在難解な問題を解決する候補として有望である。 本稿では,量子ハードウェアに高コストな状態準備と測定を委譲する変分量子固有解法 (VQE) について考察する。 本研究では、超伝導マイクロ波空洞を用いたボソニックVQEを提案し、VQEが量子ビットベースである場合、小さなヒルベルト空間の典型的な制限を克服する。 検討されたプラットフォームは光子モード間の強い非線形性を可能にし、高度にカスタマイズ可能であり、実験中にその場で調整することができる。 したがって、この提案は広い範囲のボソニックアンサッツ状態の実現を可能にし、従って、無限次元ヒルベルト空間を必要とする成分を含むゲージ理論のような、単純に量子ビットにマッピングできない自由度を含むモデルをシミュレートするのに特に有用である。 そこで我々は,このボソニックVQEをトポロジカル項を含むU(1)ヒッグスモデルに実験的に適用することを提案する。

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