論文の概要: Scattering wave packets of hadrons in gauge theories: Preparation on a
quantum computer
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.00840v1
- Date: Thu, 1 Feb 2024 18:30:10 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-02-02 14:02:52.454809
- Title: Scattering wave packets of hadrons in gauge theories: Preparation on a
quantum computer
- Title（参考訳）: ゲージ理論におけるハドロンの散乱波パケット:量子コンピュータへの準備
- Authors: Zohreh Davoudi, Chung-Chun Hsieh, Saurabh V. Kadam
- Abstract要約: 本研究では,断熱進化を回避すべく,相互作用理論におけるウェーブ・パケット生成演算子を直接構築する。
本稿では,デジタル量子アルゴリズムを用いて,相互作用するメソニック波のパケットを効率的に,正確に作成可能であることを示す。
これらの忠実度は、単純な対称性に基づくノイズ緩和手法を採用した後、古典的なベンチマーク計算とよく一致する。
- 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: Quantum simulation holds promise of enabling a complete description of
high-energy scattering processes rooted in gauge theories of the Standard
Model. A first step in such simulations is preparation of interacting hadronic
wave packets. To create the wave packets, one typically resorts to adiabatic
evolution to bridge between wave packets in the free theory and those in the
interacting theory, rendering the simulation resource intensive. In this work,
we construct a wave-packet creation operator directly in the interacting theory
to circumvent adiabatic evolution, taking advantage of resource-efficient
schemes for ground-state preparation, such as variational quantum eigensolvers.
By means of an ansatz for bound mesonic excitations in confining gauge
theories, which is subsequently optimized using classical or quantum methods,
we show that interacting mesonic wave packets can be created efficiently and
accurately using digital quantum algorithms that we develop. Specifically, we
obtain high-fidelity mesonic wave packets in the $Z_2$ and $U(1)$ lattice gauge
theories coupled to fermionic matter in 1+1 dimensions. Our method is
applicable to both perturbative and non-perturbative regimes of couplings. The
wave-packet creation circuit for the case of the $Z_2$ lattice gauge theory is
built and implemented on the Quantinuum H1-1 trapped-ion quantum computer using
13 qubits and up to 308 entangling gates. The fidelities agree well with
classical benchmark calculations after employing a simple symmetry-based
noise-mitigation technique. This work serves as a step toward quantum computing
scattering processes in quantum chromodynamics.
- Abstract（参考訳）: 量子シミュレーションは標準模型のゲージ理論に根ざした高エネルギー散乱過程の完全な記述を可能にすることを約束している。
このようなシミュレーションの最初のステップは相互作用するハドロン波パケットの作成である。
波のパケットを作成するには、自由理論の波のパケットと相互作用理論の波の間の橋渡しを断熱的に進化させ、シミュレーションの資源を集中させるのが一般的である。
本研究では, 変動量子固有解法などの地中準備のための資源効率の高いスキームを利用して, 相互作用理論を直接構築し, 断熱進化を回避する。
次に古典的あるいは量子的な手法で最適化されたゲージ理論における境界メソニック励起に対するアンサッツを用いて、我々が開発するデジタル量子アルゴリズムを用いて、相互作用メソニック波パケットを効率的に正確に作成できることを示す。
具体的には、1+1次元のフェルミオン物質に結合したZ_2$およびU(1)$の格子ゲージ理論において、高忠実メソニック波パケットを得る。
本手法は摂動法と非摂動法の両方に適用できる。
z_2$格子ゲージ理論のウェーブパック生成回路は、13量子ビットと最大308エンタングリングゲートを用いた量子量子コンピュータ h1-1 上に構築、実装されている。
これらの忠実度は、単純な対称性に基づくノイズ緩和技術を用いて古典的なベンチマーク計算とよく一致する。
この研究は量子色力学における量子コンピューティング散乱プロセスへのステップとして機能する。
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