論文の概要: Native Three-Body Interactions in a Superconducting Lattice Gauge Quantum Simulator
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2501.13383v1
- Date: Thu, 23 Jan 2025 04:58:39 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-01-24 15:55:18.323495
- Title: Native Three-Body Interactions in a Superconducting Lattice Gauge Quantum Simulator
- Title（参考訳）: 超伝導格子ゲージ量子シミュレータにおける3次元ネイティブ相互作用
- Authors: J. H. Busnaina, Z. Shi, Jesús M. Alcaine-Cuervo, Cindy X. Yang, I. Nsanzineza, E. Rico, C. M. Wilson,
- Abstract要約: 格子ゲージ理論(LGT)は非摂動的ツールであり、ゲージ不変モデルを記述するために離散化された時空を利用する。
LGTは基礎物理学を理解する大きな可能性を秘めているが、電磁気学のガウスの法則に類似した局所的な制約を強制する必要がある。
回路量子力学アーキテクチャにおいてパラメトリックに活性化される3量子相互作用を提案し,実装する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: While universal quantum computers remain under development, analog quantum simulators offer a powerful alternative for understanding complex systems in condensed matter, chemistry, and high-energy physics. One compelling application is the characterization of real-time lattice gauge theories (LGTs). LGTs are nonperturbative tools, utilizing discretized spacetime to describe gauge-invariant models. They hold immense potential for understanding fundamental physics but require enforcing local constraints analogous to electromagnetism's Gauss's Law. These constraints, which arise from gauge symmetries and dictate the form of the interaction between matter and gauge fields, are a significant challenge for simulators to enforce. Implementing these constraints at the hardware level in analog simulations is crucial. This requires realizing multibody interactions between matter and gauge-field elements, enabling them to evolve together while suppressing unwanted two-body interactions that violate the gauge symmetry. In this paper, we propose and implement a novel parametrically activated three-qubit interaction within a circuit quantum electrodynamics architecture. We experimentally demonstrate a minimal $U(1)$ spin-1/2 model with a time evolution that intrinsically satisfies Gauss's law in the system. This design serves as the foundational block for simulating LGTs on a superconducting photonic lattice.
- Abstract（参考訳）: 普遍量子コンピュータはまだ開発途上であるが、アナログ量子シミュレータは凝縮物質、化学、高エネルギー物理学における複雑なシステムを理解するための強力な代替手段を提供する。
1つの魅力的な応用は、リアルタイム格子ゲージ理論(LGT)の特徴付けである。
LGTは非摂動ツールであり、離散化された時空を利用してゲージ不変モデルを記述する。
基礎物理学を理解する大きな可能性を持っているが、電磁気学のガウスの法則に類似した局所的な制約を強制する必要がある。
これらの制約はゲージ対称性から生じ、物質とゲージ場の間の相互作用の形式を規定するものであり、シミュレーターが強制する上で重要な課題である。
アナログシミュレーションにおいて、ハードウェアレベルでこれらの制約を実装することが重要である。
これは物質とゲージ場要素の間の多体相互作用を実現することを必要とし、ゲージ対称性に反する望ましくない2体相互作用を抑えながら、それらが一緒に進化することを可能にする。
本稿では,回路量子力学アーキテクチャにおいて,パラメトリックに活性化された3量子相互作用を提案し,実装する。
システム内のガウスの法則を本質的に満足する時間進化を持つ最小の$U(1)$ spin-1/2モデルを実験的に実証する。
この設計は超伝導フォトニック格子上でLGTをシミュレートするための基礎ブロックとして機能する。
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