論文の概要: Minimally Entangled Typical Thermal States for Classical and Quantum Simulation of Gauge Theories at Finite Temperature and Density
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2407.11949v1
- Date: Tue, 16 Jul 2024 17:44:01 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-07-17 13:34:07.230473
- Title: Minimally Entangled Typical Thermal States for Classical and Quantum Simulation of Gauge Theories at Finite Temperature and Density
- Title（参考訳）: 有限温度および密度におけるゲージ理論の古典的および量子シミュレーションのための最小絡み合った典型的熱状態
- Authors: I-Chi Chen, João C. Getelina, Klée Pollock, Srimoyee Sen, Yong-Xin Yao, Thomas Iadecola,
- Abstract要約: 有限温度と密度で強い結合ゲージ理論をシミュレートすることは、核物理学や高エネルギー物理学における長年の挑戦である。
本研究では,最小絡み合った典型的な熱状態(METTS)アプローチの有用性について検討し,古典的および量子的両方の研究を容易にする。
- 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: Simulating strongly coupled gauge theories at finite temperature and density is a longstanding challenge in nuclear and high-energy physics that also has fundamental implications for condensed matter physics. In this work, we investigate the utility of minimally entangled typical thermal state (METTS) approaches to facilitate both classical and quantum computational studies of such systems. METTS techniques combine classical random sampling with imaginary time evolution, which can be performed on either a classical or a quantum computer, to estimate thermal averages of observables. We study the simplest model of a confining gauge theory, namely $\mathbb{Z}_2$ gauge theory coupled to spinless fermionic matter in 1+1 dimensions, which can be directly mapped to a local quantum spin chain with two- and three-body interactions. We benchmark both a classical matrix-product-state implementation of METTS and a recently proposed adaptive variational approach to METTS that is a promising candidate for implementation on near-term quantum devices, focusing on the equation of state as well as on various measures of fermion confinement. Of particular importance is the choice of basis for obtaining new METTS samples, which impacts both the classical sampling complexity (a key factor in both classical and quantum simulation applications) and complexity of circuits used in the quantum computing approach. Our work sets the stage for future studies of strongly coupled gauge theories with both classical and quantum hardware.
- Abstract（参考訳）: 有限温度と密度で強い結合ゲージ理論をシミュレートすることは、核物理学や高エネルギー物理学における長年の挑戦であり、凝縮物質物理学にも基本的な意味を持つ。
本研究では,このようなシステムの古典的および量子計算的研究を容易にするために,最小絡み合った典型的な熱状態(METTS)アプローチの有用性について検討する。
METTS技術は古典的ランダムサンプリングと、古典的または量子コンピュータで実行できる想像上の時間進化を組み合わせることで、観測可能な熱平均を推定する。
コンフィングゲージ理論の最も単純なモデルである$\mathbb{Z}_2$ゲージ理論を1+1次元のスピンのないフェルミオン性物質と結合し、2次元と3次元の相互作用を持つ局所量子スピン鎖に直接写像することができる。
我々は、METTSの古典的行列-積-状態実装と、近距離量子デバイスの実装の候補となるMETTSへの適応的変分アプローチの両方をベンチマークし、状態方程式やフェルミオン閉じ込めの様々な尺度に焦点を当てた。
特に重要なのは、新しいMETTSサンプルを得るための基礎の選択であり、古典的サンプリングの複雑さ(古典的および量子シミュレーションの双方において重要な要素)と、量子コンピューティングのアプローチで使用される回路の複雑さの両方に影響を及ぼす。
我々の研究は、古典的および量子的ハードウェアと強く結合したゲージ理論の将来の研究の舞台となる。
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