論文の概要: Scattering wave packets of hadrons in gauge theories: Preparation on a quantum computer
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.00840v3
- Date: Tue, 05 Nov 2024 00:20:56 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-11-06 14:55:38.328786
- 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
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- 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、ハドロン波パケットの相互作用の準備である。
ウェーブパケットを作成するには、通常、自由理論におけるウェーブパケットと相互作用理論におけるウェーブパケットの間のブリッジを断熱的に進化させ、シミュレーションリソースを集中的にレンダリングする。
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, 相互作用理論において直接ウェーブ・パケット生成演算子を構築し, 断熱的進化を回避する。
古典的, 量子的手法を用いて最適化された量子ゲージ理論における有界メソニック励起のアンサッツを用いて, 相互作用するメソニック波のパケットを, 開発中のディジタル量子アルゴリズムを用いて効率的に, 正確に生成可能であることを示す。
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, 摂動型および非摂動型結合系に適用可能である。
The wave-packet creation circuit for the case of the $Z_2$ grid gauge theory is built and implementation on the Quantinuum H1-1 trapped-ion quantum computer using 13 qubits and up to 308 entangling gates。
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。
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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