論文の概要: Enhancing Quantum Field Theory Simulations on NISQ Devices with Hamiltonian Truncation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2407.19022v1
• Date: Fri, 26 Jul 2024 18:03:20 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-07-30 20:12:16.005067
• Title: Enhancing Quantum Field Theory Simulations on NISQ Devices with Hamiltonian Truncation
• Title（参考訳）: NISQデバイスにおけるハミルトニアントラニケーションを用いた量子場理論シミュレーションの強化
• Authors: James Ingoldby, Michael Spannowsky, Timur Sypchenko, Simon Williams,
• Abstract要約: 本稿では,量子場理論(QFT)における時間発展のシミュレーション手法の代替として,ハミルトニアントラニケーション(HT)を利用する方法を提案する。 シュウィンガーモデルについて検討し、本質的な物理的性質を保ちながら、HTを介してハミルトニアンの複雑性を体系的に低減する。 この論文で研究された観測可能量に対して、HTアプローチは量子ビットの数と急速に収束し、多くの量子ビットを必要とせずに興味深い物理過程を捉えることができる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum computers can efficiently simulate highly entangled quantum systems, offering a solution to challenges facing classical simulation of Quantum Field Theories (QFTs). This paper presents an alternative to traditional methods for simulating the real-time evolution in QFTs by leveraging Hamiltonian Truncation (HT). As a use case, we study the Schwinger model, systematically reducing the complexity of the Hamiltonian via HT while preserving essential physical properties. For the observables studied in this paper, the HT approach converges quickly with the number of qubits, allowing for the interesting physics processes to be captured without needing many qubits. Identifying the truncated free Hamiltonian's eigenbasis with the quantum device's computational basis avoids the need for complicated and costly state preparation routines, reducing the algorithm's overall circuit depth and required coherence time. As a result, the HT approach to simulating QFTs on a quantum device is well suited to Noisy-Intermediate Scale Quantum (NISQ) devices, which have a limited number of qubits and short coherence times. We validate our approach by running simulations on a NISQ device, showcasing strong agreement with theoretical predictions. We highlight the potential of HT for simulating QFTs on quantum hardware.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピュータは、量子場理論(QFT)の古典的なシミュレーションに直面する課題に対する解決策を提供する、非常に絡み合った量子システムを効率的にシミュレートすることができる。 本稿では,ハミルトントラニケーション(HT)を活用することで,QFTのリアルタイム進化をシミュレーションする従来の方法に代わる方法を提案する。 ユースケースとして、本質的な物理的性質を保ちながら、HTを介してハミルトニアンの複雑性を体系的に低減するシュウィンガーモデルについて検討する。 この論文で研究された観測可能量に対して、HTアプローチは量子ビットの数と急速に収束し、多くの量子ビットを必要とせずに興味深い物理過程を捉えることができる。 乱れたフリーハミルトニアン固有基底を量子装置の計算ベースで同定することは、複雑でコストのかかる状態の準備ルーチンを回避し、アルゴリズム全体の回路深さとコヒーレンス時間を削減する。 その結果、量子デバイス上でQFTをシミュレートするHTアプローチは、限られたキュービット数と短いコヒーレンス時間を持つノイズ・中間スケール量子(NISQ)デバイスに適している。 我々は NISQ デバイス上でシミュレーションを行い,理論予測と強い一致を示し,本手法の有効性を検証した。 量子ハードウェア上でのQFTシミュレーションにおけるHTの可能性を強調した。

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