論文の概要: Simulating the Schwinger Model with a Regularized Variational Quantum Imaginary Time Evolution
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2409.13510v1
- Date: Fri, 20 Sep 2024 13:51:48 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-11-07 06:53:09.560142
- Title: Simulating the Schwinger Model with a Regularized Variational Quantum Imaginary Time Evolution
- Title(参考訳): 正規化変分量子イマジナリー時間進化によるシュウィンガーモデルのシミュレーション
- Authors: Xiao-Wei Li, Fei Li, Jiapei Zhuang, Man-Hong Yung,
- Abstract要約: シュウィンガーモデルは、量子色力学において非摂動アルゴリズムをテストするためのベンチマークとして機能する。
古典的アルゴリズムは「符号問題」のようなシュウィンガーモデルをシミュレートする際に問題に遭遇する
- 参考スコア(独自算出の注目度): 9.615119990353087
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The Schwinger model serves as a benchmark for testing non-perturbative algorithms in quantum chromodynamics (QCD), emphasizing its similarities to QCD in strong coupling regimes, primarily due to the phenomena such as confinement and charge screening. However, classical algorithms encounter challenges when simulating the Schwinger model, such as the "sign problem" and the difficulty in handling large-scale systems. These limitations motivate the exploration of alternative simulation approaches, including quantum computing techniques, to overcome the obstacles. While existing variational quantum algorithms (VQAs) methods for simulating the Schwinger model primarily rely on mathematical gradient-based optimization, which sometimes fail to provide intuitive and physically-guided optimization pathways. In contrast, the Variational Quantum Imaginary Time Evolution (VQITE) method offers a physically-inspired optimization approach. Therefore, we introduce that VQITE holds promise as a potent tool for simulating the Schwinger model. However, the standard VQITE method is not sufficiently stable, as it encounters difficulties with the non-invertible matrix problem. To address this issue, we have proposed a regularized version of the VQITE, which we have named the Regularized-VQITE (rVQITE) method, as it incorporates a truncation-based approach. Through numerical simulations, we demonstrate that our proposed rVQITE approach achieves better performance and exhibits faster convergence compared to other related techniques. We employ the rVQITE method to simulate the phase diagrams of various physical observables in the Schwinger model, and the resulting phase boundaries are in agreement with those obtained from an exact computational approach.
- Abstract(参考訳): シュウィンガーモデル(Schwinger model)は量子色力学(QCD)における非摂動アルゴリズムのテストのベンチマークとして機能し、強い結合状態におけるQCDとの類似性を強調している。
しかし、古典的アルゴリズムは「符号問題」や大規模システム処理の難しさなど、シュウィンガーモデルをシミュレートする際の課題に直面する。
これらの制限は、障害を克服するために量子コンピューティング技術を含む代替シミュレーションアプローチの探索を動機付けている。
シュウィンガーモデルをシミュレートする既存の変分量子アルゴリズム(VQA)は、主に数学的勾配に基づく最適化に依存しており、直感的かつ物理的に誘導された最適化経路を提供しないこともある。
対照的に、変分量子イマジナリー時間進化法(VQITE)は、物理的に着想を得た最適化手法を提供する。
したがって、VQITEはSchwingerモデルをシミュレートするための強力なツールである。
しかし, 標準VQITE法は, 非可逆行列問題に悩まされるため, 十分に安定ではない。
この問題に対処するため,我々は正規化VQITE法(regularized-VQITE (rVQITE)) と呼ばれるVQITEの正規化バージョンを提案した。
数値シミュレーションにより,提案手法は性能が向上し,他の手法と比較して収束が速いことを示す。
我々は、シュウィンガーモデルにおいて様々な物理観測値の位相図をシミュレートするためにrVQITE法を用い、その結果の位相境界は正確な計算手法から得られるものと一致している。
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