論文の概要: Quantum simulating continuum field theories with large-spin lattice models
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.15325v1
- Date: Thu, 19 Dec 2024 19:00:01 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-12-23 19:51:01.275214
- Title: Quantum simulating continuum field theories with large-spin lattice models
- Title（参考訳）: 大スピン格子モデルによる連続体理論の量子シミュレーション
- Authors: Gabriele Calliari, Marco Di Liberto, Hannes Pichler, Torsten V. Zache,
- Abstract要約: マルチレベルシステムやquditシステムを用いてスカラーQFTの正規化を行う方法を示す。
積分可能なsine-Gordon (sG) QFTに対する可観測物の定量的な一致につながる外挿の列を数値的に示す。
我々の手法は、最先端アナログ量子シミュレーターに直接適用できる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: Simulating the real-time dynamics of quantum field theories (QFTs) is one of the most promising applications of quantum simulators. Regularizing a bosonic QFT for quantum simulation purposes typically involves a truncation in Hilbert space in addition to a discretization of space. Here, we discuss how to perform such a regularization of scalar QFTs using multi-level or qudit systems, and show that this enables quantitative predictions in the continuum limit by extrapolating results obtained for large-spin lattice models. With extensive matrix-product state simulations, we numerically demonstrate the sequence of extrapolations that leads to quantitative agreement of observables for the integrable sine-Gordon (sG) QFT. We further show how to prepare static and moving soliton excitations, and analyze their scattering dynamics, in agreement with a semi-classical model and analytical predictions. Finally, we illustrate how a non-integrable perturbation of the sG model gives rise to dynamics reminiscent of string breaking and plasma oscillations in gauge theories. Our methods are directly applicable in state-of-the-art analog quantum simulators, opening the door to implementing a wide variety of scalar field theories and tackling long-standing questions in non-equilibrium QFT like the fate of the false vacuum.
- Abstract（参考訳）: 量子場理論(QFT)のリアルタイム力学をシミュレーションすることは、量子シミュレータの最も有望な応用の1つである。
量子シミュレーションのためにボソニック QFT を正規化することは、一般に、空間の離散化に加えて、ヒルベルト空間における切り離しを伴う。
本稿では,マルチレベルあるいはキューディットシステムを用いて,このようなスカラーQFTの正規化を行う方法について論じるとともに,大スピン格子モデルに対して得られた結果を外挿することによって,連続限界の定量的予測を可能にすることを示す。
大規模な行列積状態シミュレーションにより,積分可能なsine-Gordon (sG) QFTに対する可観測物の定量的な一致につながる外挿の列を数値的に示す。
さらに, ソリトン励起を静的かつ動かせるようにし, 半古典的モデルと解析的予測に適合して散乱ダイナミクスを解析する方法を示す。
最後に、sGモデルの非可積分摂動が、ゲージ理論における弦の破れやプラズマの振動を想起させるダイナミクスをいかに生み出すかを説明する。
我々の手法は、最先端アナログ量子シミュレーターに直接適用でき、様々なスカラー場理論を実装するための扉を開き、偽真空の運命のような非平衡QFTにおける長年の質問に対処する。
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