論文の概要: Quantum simulation of lattice gauge theories via deterministic duality transformations assisted by measurements
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2305.12277v2
- Date: Mon, 15 Apr 2024 21:01:54 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-04-18 02:40:26.148800
- Title: Quantum simulation of lattice gauge theories via deterministic duality transformations assisted by measurements
- Title（参考訳）: 測定支援による決定論的双対変換による格子ゲージ理論の量子シミュレーション
- Authors: Hiroki Sukeno, Tzu-Chieh Wei,
- Abstract要約: 格子ゲージ理論は、ガウス法則違反とリアルタイム力学の複雑さのために制限される可能性が高い。
本稿では,クラスタ状態のようなエンタングルを用いたKramers-Wannierトランスフォメーションを用いて格子ゲージ理論のダイナミクスをシミュレートする。
ボゾン/フェルミオン問題に結合した低次元純粋ゲージ理論とゲージ理論の明確な例を示す。
- 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: Quantum simulation is one of the major applications of quantum devices. In the noisy intermediate-scale quantum era, however, the general quantum simulation is not yet feasible, such as that of lattice gauge theories, which is likely limited due to the violation of the Gauss law constraint and the complexity of the real-time dynamics, especially in the deconfined phase. Inspired by the recent works of S. Ashkenazi and E. Zohar [Phys. Rev. A 105, 022431 (2022)] and of N. Tantivasadakarn, R. Thorngren, A. Vishwanath, and R. Verresen [arXiv: 2112.01519], we propose to simulate dynamics of lattice gauge theories by using the Kramers-Wannier transfomation via cluster-state-like entanglers, mid-circuit measurements and feedforwarded corrections, which altogether is a constant-depth deterministic operation. In our scheme, specifically, we first quantum simulate the time evolution under a corresponding symmetric Hamiltonian from an initial symmetric state, and then apply the Kramers-Wannier procedure. This results in a wave function that has time evolved under the corresponding lattice gauge theory from a corresponding initial, gauged wave function. In the presence of noises in time evolution, the procedure succeeds when we can pair up magnetic monopoles represented by non-trivial measurement outcomes. Further, given a noise-free Kramers-Wannier transformation, the resulting wave function from a noisy time evolution satisfies the Gauss law constraint. We give explicit examples with the low dimensional pure gauge theories and gauge theories coupled to bosonic/fermionic matters such as the Fradkin-Shenker model.
- Abstract（参考訳）: 量子シミュレーションは、量子デバイスの主要な応用の1つである。
しかし、ノイズの多い中間スケールの量子時代には、格子ゲージ理論のような一般的な量子シミュレーションはまだ実現不可能であり、これはガウス法則の違反や、特に分解相におけるリアルタイム力学の複雑さによって制限される可能性がある。
S. Ashkenazi と E. Zohar (Phys. Rev. A 105, 022431 (2022)) と N. Tantivasadakarn, R. Thorngren, A. Vishwanath, R. Verresen [arXiv: 2112.01519] の最近の研究に触発された我々は、クラスタ状態のようなエンタングルによるクラマース・ワニエ変換、中間回路測定、フィードフォワード補正を用いて格子ゲージ理論のダイナミクスをシミュレートすることを提案した。
具体的には、最初の量子は、対応する対称ハミルトニアンの下での初期対称状態から時間進化をシミュレートし、次いでクラマース=ワニエ法を適用する。
これにより、対応する初期ゲージ波動関数から対応する格子ゲージ理論の下で時間発展する波動関数が得られる。
時間進化におけるノイズの存在下では、非自明な測定結果によって表される磁化モノポールをペア化できることが成功している。
さらに、ノイズのないクラマース=ワニエ変換が与えられたとき、ノイズの時間進化から得られる波動関数はガウス法則を満たす。
フラドキン・シェンカーモデルのようなボゾン/フェルミオンに結合した低次元純粋ゲージ理論とゲージ理論の明確な例を示す。
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