論文の概要: Fermion-qudit quantum processors for simulating lattice gauge theories
with matter
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2303.08683v1
- Date: Wed, 15 Mar 2023 15:12:26 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-16 18:08:25.404501
- Title: Fermion-qudit quantum processors for simulating lattice gauge theories
with matter
- Title（参考訳）: 格子ゲージ理論と物質をシミュレートするフェルミオン量子量子プロセッサ
- Authors: Torsten V. Zache, Daniel Gonz\'alez-Cuadra, and Peter Zoller
- Abstract要約: 我々は、一般ゲージ理論の力学をデジタル的にシミュレートするために共設計された、完全なRydberg型アーキテクチャを提示する。
非アーベルゲージ場で束縛されたフェルミオン性物質成分からなるハドロンの調製方法を示す。
どちらの場合も、必要なリソースを推定し、量子デバイスを用いて実験的な関連量を計算する方法を示す。
- 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: Simulating the real-time dynamics of lattice gauge theories, underlying the
Standard Model of particle physics, is a notoriously difficult problem where
quantum simulators can provide a practical advantage over classical approaches.
In this work, we present a complete Rydberg-based architecture, co-designed to
digitally simulate the dynamics of general gauge theories coupled to matter
fields in a hardware-efficient manner. Ref. [1] showed how a qudit processor,
where non-abelian gauge fields are locally encoded and time-evolved,
considerably reduces the required simulation resources compared to standard
qubit-based quantum computers. Here we integrate the latter with a recently
introduced fermionic quantum processor [2], where fermionic statistics are
accounted for at the hardware level, allowing us to construct quantum circuits
that preserve the locality of the gauge-matter interactions. We exemplify the
flexibility of such a fermion-qudit processor by focusing on two paradigmatic
high-energy phenomena. First, we present a resource-efficient protocol to
simulate the Abelian-Higgs model, where the dynamics of confinement and string
breaking can be investigated. Then, we show how to prepare hadrons made up of
fermionic matter constituents bound by non-abelian gauge fields, and show how
to extract the corresponding hadronic tensor. In both cases, we estimate the
required resources, showing how quantum devices can be used to calculate
experimentally-relevant quantities in particle physics.
- Abstract（参考訳）: 素粒子物理学の標準モデルの基礎となる格子ゲージ理論のリアルタイムダイナミクスをシミュレートすることは、量子シミュレータが古典的アプローチよりも実用的な利点を提供できる、非常に難しい問題である。
本研究では,物質場に結合した一般ゲージ理論の動力学を,ハードウェア効率でディジタル的にシミュレートする,完全なRydberg型アーキテクチャを提案する。
参照。
[1] は、非可換ゲージ場が局所的に符号化され時間発展するquditプロセッサが、標準的な量子コンピュータと比較して必要なシミュレーションリソースを大幅に削減することを示した。
ここでは、後者を最近導入されたフェルミオン量子プロセッサ[2]と統合し、ハードウェアレベルでフェルミオン統計を考慮し、ゲージ・マッター相互作用の局所性を保持する量子回路を構築する。
本稿では,2つのパラダイム的高エネルギー現象に着目し,フェミオン量子プロセッサの柔軟性を実証する。
まず,Abelian-Higgsモデルをシミュレーションする資源効率の高いプロトコルを提案する。
そこで, 非アーベルゲージ場で束縛されたフェルミオン性物質を構成するハドロンを調製し, 対応するハドロンテンソルを抽出する方法を示す。
いずれの場合も、必要な資源を推定し、粒子物理学における実験的な関連する量の計算に量子デバイスをどのように利用できるかを示す。
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