論文の概要: Scalable Quantum Simulations of Scattering in Scalar Field Theory on 120 Qubits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.02486v1
• Date: Mon, 04 Nov 2024 19:00:00 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-06 14:58:19.794824
• Title: Scalable Quantum Simulations of Scattering in Scalar Field Theory on 120 Qubits
• Title（参考訳）: 120量子ビット上のスカラー場理論における散乱のスケーラブル量子シミュレーション
• Authors: Nikita A. Zemlevskiy,
• Abstract要約: 量子コンピュータ上での素粒子衝突のシミュレーションは、古典的手法よりも指数関数的に有利であることが期待されている。 本稿では,IBMの超伝導量子コンピュータibm_fezの120キュービットを用いて,1次元スカラー場理論におけるウェーブパケットの散乱をシミュレーションする。 量子シミュレーションにおいて、最大4924個の2量子ゲートと2量子ゲート深さ103の回路から有意義な結果の抽出を可能にする新しい手法が導入された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Simulations of collisions of fundamental particles on a quantum computer are expected to have an exponential advantage over classical methods and promise to enhance searches for new physics. Furthermore, scattering in scalar field theory has been shown to be BQP-complete, making it a representative problem for which quantum computation is efficient. As a step toward large-scale quantum simulations of collision processes, scattering of wavepackets in one-dimensional scalar field theory is simulated using 120 qubits of IBM's Heron superconducting quantum computer ibm_fez. Variational circuits compressing vacuum preparation, wavepacket initialization, and time evolution are determined using classical resources. By leveraging physical properties of states in the theory, such as symmetries and locality, the variational quantum algorithm constructs scalable circuits that can be used to simulate arbitrarily-large system sizes. A new strategy is introduced to mitigate errors in quantum simulations, which enables the extraction of meaningful results from circuits with up to 4924 two-qubit gates and two-qubit gate depths of 103. The effect of interactions is clearly seen, and is found to be in agreement with classical Matrix Product State simulations. The developments that will be necessary to simulate high-energy inelastic collisions on a quantum computer are discussed.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピュータ上での素粒子衝突のシミュレーションは、古典的手法よりも指数関数的な優位性を持ち、新しい物理学の探索を強化すると期待されている。 さらに、スカラー場理論における散乱はBQP完全であることが示され、量子計算が効率的である代表的問題となっている。 衝突過程の大規模量子シミュレーションへのステップとして、IBMの超伝導量子コンピュータibm_fezの120キュービットを用いて、1次元スカラー場理論におけるウェーブパケットの散乱をシミュレーションする。 真空準備、ウェーブパケット初期化、時間進化を圧縮する変分回路を古典的資源を用いて決定する。 対称性や局所性などの理論における状態の物理的性質を活用することで、変分量子アルゴリズムは任意の大きさのシステムサイズをシミュレートするために使用できるスケーラブルな回路を構成する。 量子シミュレーションにおいて、最大4924個の2量子ゲートと2量子ゲート深さ103の回路から有意義な結果の抽出を可能にする新しい手法が導入された。 相互作用の効果は明らかであり、古典的マトリックス製品状態シミュレーションと一致している。 量子コンピュータ上での高エネルギー非弾性衝突をシミュレートするために必要な開発について論じる。

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