論文の概要: Quantum Simulation of Bound State Scattering
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2305.07692v3
- Date: Wed, 17 Apr 2024 16:56:37 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-04-19 00:26:13.235832
- Title: Quantum Simulation of Bound State Scattering
- Title（参考訳）: 境界状態散乱の量子シミュレーション
- Authors: Matteo Turco, Gonçalo M. Quinta, João Seixas, Yasser Omar,
- Abstract要約: 相互作用理論の真空から直接相互作用理論の波束を励起する戦略を提案する。
これは、境界状態の散乱のデジタル量子シミュレーションに向けた最初のステップである。
- 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: The last few years have seen rapid development of applications of quantum computation to quantum field theory. The first algorithms for quantum simulation of scattering have been proposed in the context of scalar and fermionic theories, requiring thousands of logical qubits. These algorithms are not suitable to simulate scattering of incoming bound states, as the initial-state preparation relies typically on adiabatically transforming wavepackets of the free theory into wavepackets of the interacting theory. In this paper we present a strategy to excite wavepackets of the interacting theory directly from the vacuum of the interacting theory, allowing the preparation of states of composite particles. This is the first step towards digital quantum simulation of scattering of bound states. The approach is based on the Haag-Ruelle scattering theory, which provides a way to construct creation and annihilation operators of a theory in a full, nonperturbative framework. We provide a quantum algorithm requiring a number of ancillary qubits that is logarithmic in the size of the wavepackets, and with a success probability vanishing at most like a polynomial in the lattice parameters and the energy of the wavepacket. The gate complexity for a single iteration of the circuit is equivalent to that of a time evolution for a fixed time. Furthermore, we propose a complete protocol for scattering simulation using this algorithm. We study its efficiency and find improvements with respect to previous algorithms in the literature.
- Abstract（参考訳）: ここ数年、量子計算の量子場理論への応用が急速に発展してきた。
散乱の量子シミュレーションのための最初のアルゴリズムは、数千の論理量子ビットを必要とするスカラー理論とフェルミオン理論の文脈で提案されている。
これらのアルゴリズムは入射境界状態の散乱をシミュレートするには適さないが、初期状態の準備は典型的には自由理論の断熱的に変換されるウェーブパレットを相互作用理論のウェーブパレットに依存する。
本稿では、相互作用理論の真空から直接相互作用理論のウェーブパレットを励起し、複合粒子の状態を作成する方法を提案する。
これは、境界状態の散乱のデジタル量子シミュレーションに向けた最初のステップである。
このアプローチは、完全な非摂動的枠組みで理論の生成と消滅作用素を構築する方法を提供するハーグ=ルエル散乱理論に基づいている。
ウェーブパケットのサイズが対数的であり、格子パラメータやウェーブパケットのエネルギーの多項式のように、成功確率が最大でなくなるような、多数の補助量子ビットを必要とする量子アルゴリズムを提供する。
回路の単一イテレーションにおけるゲートの複雑さは、一定時間における時間進化のゲートの複雑さと同値である。
さらに,本アルゴリズムを用いた散乱シミュレーションのための完全なプロトコルを提案する。
本稿では,その効率性について検討し,文献における従来のアルゴリズムに対する改良点について述べる。
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