論文の概要: High Energy Physics from Low Energy Physics
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2409.03123v1
- Date: Wed, 4 Sep 2024 23:17:38 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-09-06 22:44:13.275063
- Title: High Energy Physics from Low Energy Physics
- Title（参考訳）: 低エネルギー物理からの高エネルギー物理
- Authors: Roland C. Farrell,
- Abstract要約: この論文は、低エネルギーと高エネルギーの物理学が関連している2つの方法を探求している。
1つ目は、低エネルギーおよび高エネルギーでの散乱過程を関連付けるUV/IR対称性である。
2つ目は、格子ゲージ理論をシミュレートするための量子コンピュータの利用である。
- 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: The separation between physics at low and high energies is essential for physics to have any utility; the details of quantum gravity are not necessary to calculate the trajectory of a cannon ball. However, physics at low and high energies are not completely independent, and this thesis explores two ways that they are related. The first is through a UV/IR symmetry that relates scattering processes at low and high energies. This UV/IR symmetry manifests in geometrical properties of the $S$-matrix, and of the RG flow of the coupling constants in the corresponding effective field theory. Low energy nuclear physics nearly realizes this UV/IR symmetry, providing an explanation for the smallness of shape parameters in the effective range expansion of nucleon-nucleon scattering, and inspiring a new way to organize the interactions between neutrons and protons. The second is through the use of quantum computers to simulate lattice gauge theories. Quantum simulations rely on the universality of the rules of quantum mechanics, which can be applied equally well to describe a (low energy) transmon qubit at 15 milli-Kelvin as a (high energy) 1 TeV quark. This thesis presents the first simulations of one dimensional lattice quantum chromodynamics on a quantum computer, culminating in a real-time simulation of beta-decay. Results from the first simulations of a lattice gauge theory on 100+ qubits of a quantum computer are also presented. The methods developed in this thesis for quantum simulation are ``physics-aware", and are guided by the symmetries and hierarchies in length scales of the systems being studied. Without these physics-aware methods, 100+ qubit simulations of lattice gauge theories would not have been possible on the noisy quantum computers that are presently available.
- Abstract（参考訳）: 物理学において低エネルギーと高エネルギーでの物理学の分離は有用性を持つことが不可欠であり、キャノンボールの軌跡を計算するには量子重力の詳細は必要ない。
しかし、低エネルギーと高エネルギーの物理学は完全に独立ではないため、この論文はそれらが関連する2つの方法を探究する。
1つ目は、低エネルギーおよび高エネルギーでの散乱過程を関連付けるUV/IR対称性である。
このUV/IR対称性は、$S$-行列の幾何学的性質と、対応する実場理論におけるカップリング定数のRGフローに現れる。
低エネルギー核物理学は、このUV/IR対称性をほぼ実現し、核子-核子散乱の有効範囲拡大における形状パラメータの小さいことの説明を与え、中性子と陽子の間の相互作用を組織化する新しい方法を生み出した。
2つ目は、格子ゲージ理論をシミュレートするための量子コンピュータの利用である。
量子シミュレーションは量子力学の規則の普遍性に依存しており、15ミリケルビンの(低エネルギーの)トランモン量子ビットを(高エネルギーの)1TeVクォークとして記述することができる。
この論文は、量子コンピュータ上の1次元格子量子色力学の最初のシミュレーションを示し、ベータデカイのリアルタイムシミュレーションで頂点に達した。
量子コンピュータの100以上の量子ビット上での格子ゲージ理論の最初のシミュレーションの結果も示す。
この量子シミュレーションの論文で開発された手法は '`physics-aware' であり、研究中のシステムの長さスケールにおける対称性と階層によって導かれる。
これらの物理学的手法がなければ、格子ゲージ理論の100以上の量子ビットシミュレーションは、現在利用可能なノイズの多い量子コンピュータでは不可能である。
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