論文の概要: Variational quantum simulation of U(1) lattice gauge theories with qudit systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2307.15173v1
• Date: Thu, 27 Jul 2023 20:04:55 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-07-31 14:33:04.352021
• Title: Variational quantum simulation of U(1) lattice gauge theories with qudit systems
• Title（参考訳）: クーディシステムを用いたU(1)格子ゲージ理論の変分量子シミュレーション
• Authors: Pavel P. Popov, Michael Meth, Maciej Lewenstein, Philipp Hauke, Martin Ringbauer, Erez Zohar, Valentin Kasper
• Abstract要約: D-次元アーベル格子ゲージ理論を任意のDに対する局所相互作用を持つキューディット系に写像する。 提案手法は,特に高次元の格子ゲージ理論を最小限の資源でシミュレーションする方法として有効である。
• 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: Lattice gauge theories are fundamental to various fields, including particle physics, condensed matter, and quantum information theory. Recent progress in the control of quantum systems allows for studying Abelian lattice gauge theories in table-top experiments. However, several challenges remain, such as implementing dynamical fermions in higher spatial dimensions and magnetic field terms. Here, we map D-dimensional U(1) Abelian lattice gauge theories onto qudit systems with local interactions for arbitrary D. We propose a variational quantum simulation scheme for the qudit system with a local Hamiltonian, that can be implemented on a universal qudit quantum device as the one developed in [Nat. Phys. 18, 1053-1057 (2022)]. We describe how to implement the variational imaginary-time evolution protocol for ground state preparation as well as the variational real-time evolution protocol to simulate non-equilibrium physics on universal qudit quantum computers, supplemented with numerical simulations. Our proposal can serve as a way of simulating lattice gauge theories, particularly in higher spatial dimensions, with minimal resources, regarding both system sizes and gate count.
• Abstract（参考訳）: 格子ゲージ理論は、粒子物理学、凝縮物質、量子情報理論など、様々な分野の基本である。 量子系の制御の最近の進歩は、テーブルトップ実験におけるアベリア格子ゲージ理論の研究を可能にする。 しかし、高空間次元での動的フェルミオンの実装や磁場の項など、いくつかの課題が残っている。 ここでは,任意の d に対して局所相互作用を持つ u(1) アーベル格子ゲージ理論を qudit 系に写像する。我々は,局所ハミルトニアンを持つ qudit 系の変分量子シミュレーションスキームを提案し, [nat. phys. 18, 1053-1057 (2022)] で開発されたような,普遍的な qudit 量子デバイス上で実装できる。 本稿では, 量子コンピュータ上での非平衡物理学をシミュレーションするために, 基底状態生成のための変分時間進化プロトコルと変分時間進化プロトコルを実装する方法について述べる。 提案手法は格子ゲージ理論,特に高空間次元において,システムサイズとゲート数の両方に関して,最小限の資源でシミュレーションする方法として機能する。

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