論文の概要: Quantum Simulations of SO(5) Many-Fermion Systems using Qudits
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2305.11941v2
- Date: Fri, 29 Dec 2023 20:02:44 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-01-03 02:31:33.036340
- Title: Quantum Simulations of SO(5) Many-Fermion Systems using Qudits
- Title（参考訳）: quditsを用いたso(5)多重フェルミオン系の量子シミュレーション
- Authors: Marc Illa, Caroline E. P. Robin and Martin J. Savage
- Abstract要約: 相互作用するフェルミオン系をシミュレートする際の量子コンピュータと量子キューディットのアレイの有用性について検討する。
キューディットを使うことの利点は、特に必要な量子リソースを下げることにある。
それまで認識されていなかった符号問題は、高エネルギー励起を進化させる時間におけるトロタライズ誤差から特定されている。
- 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 structure and dynamics of quantum many-body systems are the result of a
delicate interplay between underlying interactions, which leads to intricate
entanglement structures. Despite this apparent complexity, symmetries emerge
and have long been used to determine the relevant degrees of freedom and
simplify classical descriptions of these systems. In this work, we explore the
potential utility of quantum computers with arrays of qudits in simulating
interacting fermionic systems, when the qudits can naturally map these relevant
degrees of freedom. The Agassi model of fermions is based on an underlying
$so(5)$ algebra, and the systems it describes can be partitioned into pairs of
modes with five basis states, which naturally embed in arrays of $d=5$ qudits
(qu5its). Classical noiseless simulations of the time evolution of systems of
fermions embedded in up to twelve qu5its are performed using Google's cirq
software. The resource requirements of the qu5it circuits are analyzed and
compared with two different mappings to qubit systems, a physics-aware
Jordan-Wigner mapping and a state-to-state mapping. We find advantages in using
qudits, specifically in lowering the required quantum resources and reducing
anticipated errors that take the simulation out of the physical space. A
previously unrecognized sign problem has been identified from Trotterization
errors in time evolving high-energy excitations. This has implications for
quantum simulations in high-energy and nuclear physics, specifically of
fragmentation and highly inelastic, multi-channel processes.
- Abstract（参考訳）: 量子多体系の構造とダイナミクスは、基礎となる相互作用の間の微妙な相互作用の結果であり、複雑な絡み合い構造をもたらす。
この明らかな複雑さにもかかわらず、対称性は出現し、関連する自由度を決定するために長く使われてきた。
本研究では,量子コンピュータが相互作用するフェルミオン系をシミュレートする上で,量子コンピュータの潜在的有用性について検討する。
フェルミオンのアガシモデルは、基礎となる$so(5)$代数に基づいており、それらが記述するシステムは、5つの基底状態を持つモードのペアに分割することができ、自然に$d=5$ qudits (qu5its) の配列に埋め込まれる。
最大12qu5itに埋め込まれたフェルミオン系の時間進化の古典的なノイズレスシミュレーションは、Googleのcirqソフトウェアを用いて実行される。
qu5it回路の資源要求を解析し、量子ビットシステムへの2つの異なるマッピング、物理認識のjordan-wignerマッピングと状態から状態へのマッピングと比較した。
特に、必要な量子リソースの削減と、シミュレーションを物理空間から外すための予測エラーの低減に、キューディットを使うことの利点を見出した。
それまで認識されていなかった符号問題は、高エネルギー励起を経時的に進行するトロタライズエラーから特定されている。
これは高エネルギーおよび核物理学における量子シミュレーション、特に断片化と高度非弾性マルチチャネル過程に意味を持つ。
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