論文の概要: Simulating 2D lattice gauge theories on a qudit quantum computer
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2310.12110v3
- Date: Thu, 24 Oct 2024 16:31:40 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-10-25 12:49:51.690398
- Title: Simulating 2D lattice gauge theories on a qudit quantum computer
- Title（参考訳）: キューディット量子コンピュータにおける2次元格子ゲージ理論のシミュレーション
- Authors: Michael Meth, Jan F. Haase, Jinglei Zhang, Claire Edmunds, Lukas Postler, Alex Steiner, Andrew J. Jena, Luca Dellantonio, Rainer Blatt, Peter Zoller, Thomas Monz, Philipp Schindler, Christine Muschik, Martin Ringbauer,
- Abstract要約: 二次元格子型量子電磁力学の基本構成ブロックの性質の量子計算を行う。
これは、トラップイオンのqudit量子プロセッサを使用することで可能となる。
クイディットは、自然に高次元であるゲージ場を記述するのに理想的に適している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.2246996966725305
- License:
- Abstract: Particle physics underpins our understanding of the world at a fundamental level by describing the interplay of matter and forces through gauge theories. Yet, despite their unmatched success, the intrinsic quantum mechanical nature of gauge theories makes important problem classes notoriously difficult to address with classical computational techniques. A promising way to overcome these roadblocks is offered by quantum computers, which are based on the same laws that make the classical computations so difficult. Here, we present a quantum computation of the properties of the basic building block of two-dimensional lattice quantum electrodynamics, involving both gauge fields and matter. This computation is made possible by the use of a trapped-ion qudit quantum processor, where quantum information is encoded in $d$ different states per ion, rather than in two states as in qubits. Qudits are ideally suited for describing gauge fields, which are naturally high-dimensional, leading to a dramatic reduction in the quantum register size and circuit complexity. Using a variational quantum eigensolver, we find the ground state of the model and observe the interplay between virtual pair creation and quantized magnetic field effects. The qudit approach further allows us to seamlessly observe the effect of different gauge field truncations by controlling the qudit dimension. Our results open the door for hardware-efficient quantum simulations with qudits in near-term quantum devices.
- Abstract（参考訳）: 粒子物理学は、ゲージ理論を通じて物質と力の相互作用を記述することによって、世界に対する基本的なレベルでの理解を支えている。
しかし、その未整合性にもかかわらず、ゲージ理論の固有の量子力学的性質は、古典的な計算技術で扱うことが難しい重要な問題クラスを生み出している。
これらの障害を克服する有望な方法は量子コンピュータによって提供され、古典的な計算を困難にしているのと同じ法則に基づいている。
ここでは、ゲージ場と物質の両方を含む2次元格子量子電磁力学の基本構成ブロックの性質の量子計算について述べる。
この計算は、量子情報を量子ビットのような2つの状態ではなく、イオンあたりの$d$の異なる状態に符号化する、捕捉されたイオンキューディット量子プロセッサを使用することによって可能となる。
クイディットはゲージ場を記述するのに理想的であり、これは自然に高次元であり、量子レジスタのサイズと回路の複雑さが劇的に減少する。
変分量子固有解法を用いて、モデルの基底状態を見つけ、仮想対生成と量子化磁場効果の相互作用を観察する。
さらに、qudit のアプローチは、qudit 次元を制御することによって、異なるゲージ場 truncation の効果をシームレスに観察することを可能にする。
我々の結果は、短期量子デバイスにおける量子ビットを用いたハードウェア効率の量子シミュレーションの扉を開く。
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