論文の概要: Digital quantum simulation of scalar Yukawa coupling
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2211.02684v2
- Date: Mon, 26 Jun 2023 17:18:27 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-06-28 00:28:30.499406
- Title: Digital quantum simulation of scalar Yukawa coupling
- Title（参考訳）: スカラー湯川カップリングのディジタル量子シミュレーション
- Authors: Thierry N. Kaldenbach, Matthias Heller, Gernot Alber, and Vladimir M.
Stojanovic
- Abstract要約: IBM Q上の湯川相互作用クエンチの非平衡ダイナミクスについて検討する。
最大3ボソンでその力学をエミュレートする低深さ量子回路を設計する。
より高ボソン数のトランケーションのためのシステム力学をエミュレートする量子回路のCNOTコスト推定法を提案する。
- 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: Motivated by the revitalized interest in the digital quantum simulation of
coupled fermion-boson models from medium- and high-energy physics, we
investigate the nonequilibrium dynamics following a Yukawa-interaction quench
on IBM Q. Adopting -- due to current quantum-hardware limitations -- a
single-site (zero-dimensional) version of the scalar Yukawa-coupling model as
our point of departure, we design low-depth quantum circuits that emulate its
dynamics with up to three bosons. In particular, using advanced
circuit-optimization techniques, in the one-boson case we demonstrate circuit
compression, i.e.~design a constant-depth circuit containing only two CNOT
gates, regardless of the total simulation time. In the three-boson case --
where such a compression is not possible -- we design a circuit in which one
Trotter step entails $8$ CNOTs, this number being far below the maximal
CNOT-cost of a generic three-qubit gate. Using an analogy with the travelling
salesman problem, we also provide a CNOT-cost estimate for quantum circuits
emulating the system dynamics for higher boson-number truncations. Based on the
designed circuits, we quantify the system dynamics for the initial vacuum state
by evaluating the expected boson number at an arbitrary time after a
Yukawa-interaction quench, as well as the survival probability of the initial
state (the Loschmidt echo). Finally, we make use of the designed circuits to
drive adiabatic transitions and compute the energies of the ground- and first
excited state of the model under consideration. We validate our results by
performing error mitigation in the form of zero-noise extrapolation, finding an
excellent agreement of our obtained results with the exact ones obtained
through classical benchmarking.
- Abstract（参考訳）: 我々は、中高エネルギー物理学からの結合フェルミオンボソンモデルのデジタル量子シミュレーションへの再活性化に関心を抱き、IBM Q上の湯川相互作用クエンチに続く非平衡ダイナミクスを考察した。
特に,高度な回路最適化手法を用いて,1ボソンの場合,シミュレーション時間によらず,2つのcnotゲートのみを含む定深さ回路の設計を行う。
3ボソンの場合(そのような圧縮が不可能な場合)、1つのトロッターステップが8ドルCNOTを持つ回路を設計し、この数は一般的な3ビットゲートの最大CNOTコストよりはるかに低い。
また,巡回セールスマン問題との類似性を用いて,より高いボソン数切断のシステムダイナミクスをエミュレートする量子回路のcnotコスト推定も提供する。
設計した回路に基づいて, 湯川相互作用クエンチ後の任意の時間に期待されるボソン数と初期状態の生存確率を評価し, 初期真空状態のシステムダイナミクスを定量化する(ロスシュミットエコー)。
最後に, 設計した回路を用いて断熱遷移を駆動し, 模型の基底および第1励起状態のエネルギーを計算する。
我々は,ゼロノイズ外挿の形式で誤差緩和を行い,古典的ベンチマークにより得られた結果と精度の良い一致を求めることにより,結果の検証を行った。
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