論文の概要: Digital Quantum Simulation of Scalar Yukawa Coupling

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2211.02684v3
• Date: Wed, 24 Jul 2024 08:40:01 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-07-25 20:09:44.811013
• Title: Digital Quantum Simulation of Scalar Yukawa Coupling
• Title（参考訳）: スカラー湯川結合のディジタル量子シミュレーション
• Authors: Thierry N. Kaldenbach, Matthias Heller, Gernot Alber, Vladimir M. Stojanovic,
• Abstract要約: IBM Q上での湯川相互作用クエンチ後の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。
• 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 simulation of medium- and high-energy physics phenomena, we investigate the dynamics following a Yukawa-interaction quench on IBM Q. Adopting the zero-dimensional version of the scalar Yukawa-coupling model as our point of departure, we design low-depth quantum circuits emulating its dynamics with up to three bosons. In the one-boson case we demonstrate circuit compression, i.e., a constant-depth circuit containing only two controlled-NOT (CNOT) gates. In the more complex three-boson case, we design a circuit in which one Trotter step entails $8$ CNOTs. Using an analogy with the traveling-salesman problem, we also provide a CNOT-cost estimate for higher boson-number truncations. Based on these circuits, we quantify the system dynamics by evaluating the expected boson number at an arbitrary time after the quench and the survival probability of the initial vacuum state (the Loschmidt echo). We also utilize these circuits to drive adiabatic transitions and compute the energies of the ground- and first-excited states of the considered model. Finally, through error mitigation -- i.e, zero-noise extrapolation -- we demonstrate a good agreement of our results with a numerically-exact classical benchmark.
• Abstract（参考訳）: 我々は,中高エネルギー物理現象のディジタルシミュレーションへの関心の高まりから,IBM Q上の湯川相互作用クエンチによる力学を考察し,スカラー湯川結合モデルのゼロ次元バージョンを出発点として採用し,その力学を最大3ボソンでシミュレーションした低深さ量子回路を設計する。 1ボソンの場合、回路圧縮、すなわち2つの制御NOT(CNOT)ゲートのみを含む定数深さ回路を実証する。 より複雑な3ボソンの場合、1つのトロッターステップが8ドルCNOTを含む回路を設計する。 また、旅行・セールマン問題と類似した手法を用いて、より高いボソン数トランケーションに対するCNOTコストの推定を行う。 これらの回路に基づいて、クエンチ後の任意の時間におけるボソン数と初期真空状態の生存確率(Loschmidt echo)を評価し、システム力学を定量化する。 また、これらの回路を用いて断熱遷移を駆動し、検討されたモデルの基底および第一励起状態のエネルギーを計算する。 最後に、誤差緩和(ゼロノイズ外挿)を通じて、数値的にエクササイズな古典的ベンチマークで結果の良好な一致を示す。

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