論文の概要: Trapped-Ion Quantum Simulation of Collective Neutrino Oscillations
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2207.03189v2
- Date: Tue, 20 Dec 2022 11:36:44 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-06 07:18:29.077744
- Title: Trapped-Ion Quantum Simulation of Collective Neutrino Oscillations
- Title（参考訳）: 集束ニュートリノ振動のトラップイオン量子シミュレーション
- Authors: Valentina Amitrano, Alessandro Roggero, Piero Luchi, Francesco Turro,
Luca Vespucci, Francesco Pederiva
- Abstract要約: 量子計算を用いて,Nニュートリノ系のコヒーレントな集団振動を2成分近似でシミュレートする手法について検討した。
第2次トロッタースズキ公式を用いたゲート複雑性は,量子信号処理などの他の分解方法よりも,システムサイズに優れることがわかった。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 55.41644538483948
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: It is well known that the neutrino flavor in extreme astrophysical
environments changes under the effect of three contributions: the vacuum
oscillation, the interaction with the surrounding matter, and the collective
oscillations due to interactions between different neutrinos. The latter adds a
non-linear contribution to the equations of motion, making the description of
their dynamics complex. In this work we study various strategies to simulate
the coherent collective oscillations of a system of N neutrinos in the
two-flavor approximation using quantum computation. This was achieved by using
a pair-neutrino decomposition designed to account for the fact that the flavor
Hamiltonian, in the presence of the neutrino-neutrino term, presents an
all-to-all interaction that makes the implementation of the evolution dependent
on the qubit topology.
We analyze the Trotter error caused by the decomposition demonstrating that
the complexity of the implementation of time evolution scales polynomially with
the number of neutrinos and that the noisy from near-term quantum device
simulation can be reduced by optimizing the quantum circuit decomposition and
exploiting a full-qubit connectivity. We find that the gate complexity using
second order Trotter-Suzuki formulae scales better with system size than with
other decomposition methods such as Quantum Signal Processing. We finally
present the application and the results of our algorithm on a real quantum
device based on trapped-ions qubits.
- Abstract（参考訳）: 極超物理環境におけるニュートリノのフレーバーは、真空振動、周囲の物質との相互作用、異なるニュートリノ間の相互作用による集合振動の3つの寄与によって変化することが知られている。
後者は運動方程式に非線形的な寄与を加え、それらの力学の記述を複雑にする。
本研究では,nニュートリノ系のコヒーレント集団振動を量子計算を用いて2相近似でシミュレートする手法について検討する。
これは、ニュートリノ-ニュートリノ項の存在下でフレーバーハミルトニアンが全対全相互作用を示し、進化の実装がキュービット位相に依存するという事実を説明するために設計されたペアニュートリノ分解を用いて達成された。
本稿では, 時間発展の複雑さがニュートリノ数と多項式的にスケールすること, 量子回路分解の最適化と全量子接続の活用により, 短期量子デバイスシミュレーションからのノイズを低減できることを示す分解によるトロッター誤差を分析する。
2次トロッタースズキ公式を用いたゲートの複雑さは、量子信号処理などの他の分解方法よりもシステムサイズに優れていた。
最後に,本アルゴリズムの応用と結果について,トラップイオン量子ビットに基づく実量子デバイス上で提示する。
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