論文の概要: Simulating Three-Flavor Neutrino Oscillations on an NMR Quantum Processor

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.15617v1
• Date: Fri, 20 Dec 2024 07:22:11 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-12-23 16:22:52.111750
• Title: Simulating Three-Flavor Neutrino Oscillations on an NMR Quantum Processor
• Title（参考訳）: NMR量子プロセッサ上での3自由度ニュートリノ振動のシミュレーション
• Authors: Gayatri Singh, Arvind, Kavita Dorai,
• Abstract要約: ニュートリノ振動はポンテコルボ-マキ-中川-坂田理論(PMNS)を用いて量子コンピュータ上で効率的にシミュレートできる。 2量子NMR量子情報プロセッサ上での3自由度ニュートリノ振動をシミュレートする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.9662527746797536
• License:
• Abstract: Neutrino oscillations can be efficiently simulated on a quantum computer using the Pontecorvo-Maki-Nakagawa-Sakata (PMNS) theory in close analogy to the physical processes realized in experiments. We simulate three-flavor neutrino oscillations on a two-qubit NMR quantum information processor. The three-flavor neutrino states were encoded into the two-qubit system, leaving one redundant basis state (representing an unphysical sterile neutrino). We simulated the neutrino oscillations in different scenarios, including propagation in vacuum and through surrounding matter, and both with and without a CP violating phase $\delta$ at a Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) baseline distance of L = 1285 km. The oscillation probabilities were obtained after unitarily time evolving the initial flavor state and and comparisons were performed between different scenarios. Further, we design and implement an optimized quantum circuit encoding all four parameters (three mixing angles-$\theta_{12},\theta_{23},\theta_{13}$ and one complex phase $\delta$) to implement the PMNS unitary matrix, which relates the flavor and mass eigenstates. The interaction with matter is considered as a perturbation to the vacuum Hamiltonian, and the same quantum circuit is employed with an approximation of two mixing angles ($\theta_{12}$ and $\theta_{13}$ ) and mass eigenvalues. Our experimental results match well with numerical simulations and highlight the potential of quantum computers for exploring the physics of neutrino oscillations.
• Abstract（参考訳）: ニュートリノ振動は、Pontecorvo-Maki-Nakagawa-Sakata(PMNS)理論を用いて、実験で実現された物理過程と密接に類似した量子コンピュータ上で効率的にシミュレートすることができる。 2量子NMR量子情報プロセッサ上での3自由度ニュートリノ振動をシミュレートする。 3つのフレアニュートリノ状態は2量子系にコード化され、1つの冗長基底状態(非物理的ステリルニュートリノを表す)が残った。 L=1285kmの深部地下ニュートリノ実験(DUNE)において, 真空中での伝播や周囲物質中におけるニュートリノ振動のシミュレーションを行った。 発振確率は初期フレーバー状態を一元的に進化させた後に得られ, 異なるシナリオで比較した。 さらに、4つのパラメータ(3つの混合角-$\theta_{12},\theta_{23},\theta_{13}$と1つの複素位相$\delta$)を符号化してPMNSユニタリ行列を実装し、そのフレーバーと質量固有状態を関連づける。 物質との相互作用は真空ハミルトニアンに対する摂動と見なされ、同じ量子回路は2つの混合角(\theta_{12}$と$\theta_{13}$ )と質量固有値の近似で用いられる。 実験結果は数値シミュレーションとよく一致し,ニュートリノ振動の物理を探索する量子コンピュータの可能性を強調した。

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