論文の概要: Developing techniques for Simulation of SU(3) Quantum Field Theories on State-of-the-Art Quantum Devices

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.02502v1
• Date: Tue, 04 Feb 2025 17:16:16 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-02-05 14:58:24.818339
• Title: Developing techniques for Simulation of SU(3) Quantum Field Theories on State-of-the-Art Quantum Devices
• Title（参考訳）: SU(3)状態量子デバイスにおける量子場理論のシミュレーション手法の開発
• Authors: Ivan Chernyshev,
• Abstract要約: NISQデバイスを中心とした格子量子色力学(LQCD)の量子シミュレーション技術の改良 この論文は、密度の高い3フレーバーニュートリノ系に関する2つのプロジェクトを含んでいる。 最初の詳細は、最先端の量子デバイス上でのトロッター化時間進化回路の設計とテストである。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Quantum computing has long been an experimental technology with the potential to simulate, at scale, phenomena which on classical devices would be too expensive to simulate at any but the smallest scales. Over the last several years, however, it has entered the NISQ era, where the number of qubits are sufficient for quantum advantage but substantial noise on hardware stands in the way of this achievement. This thesis details NISQ device-centered improvements to techniques of quantum simulation of the out-of-equilbrium real-time dynamics of lattice quantum chromodynamics (LQCD) and of dense 3-flavor neutrino systems on digital quantum devices. The first project concerning LQCD is a comparison of methods for implementing the variational quantum eigensolver (VQE) that initializes the ground state of an SU(3) plaquette-chain. The thesis then pivots to a 1+1D lattice of quarks interacting with an SU(3) gauge-field. A VQE-based state-preparation for the vacua and a Trotterized time-evolution circuit is designed and applied to the problems of simulating beta and neutrinoless double beta decay. Finally, these circuits are adapted to a version useable on quantum devices with nearest-neighbor connectivity with minimal overhead, with an eye towards utilizing the higher qubit count of such devices for hadron dynamics and scattering. This thesis covers two projects that concern dense 3-flavor neutrino systems. The first details design and testing of Trotterized time-evolution circuits on state-of-the-art quantum devices. The second, motivated by the Gottesman-Knill theorem's result that deviation from stabilizer states ("magic") is necessary for a problem to exhibit quantum advantage, details results with implications for the Standard Model in general that the 3 flavor ultradense neutrino systems with the highest, most-persistent magic are those that start with neutrinos in all 3 flavors.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングは、昔から実験的な技術であり、スケールにおいて、古典的なデバイス上では最小のスケール以外をシミュレートするには高価すぎる現象をシミュレートする可能性があった。 しかし、ここ数年は、量子優位性には十分な量子ビット数であるが、ハードウェア上のかなりのノイズがこの達成の道のりにある、NISQの時代に入ってきた。 この論文では、格子量子クロモダイナミックス(LQCD)とデジタル量子デバイス上の高密度3フレーバーニュートリノ系の平衡外リアルタイムダイナミクスの量子シミュレーション技術に関する、NISQデバイス中心の改良について詳述する。 LQCDに関する最初のプロジェクトは、SU(3)プラケット鎖の基底状態を初期化する変分量子固有解法(VQE)を実装する方法の比較である。 その後、理論はSU(3)ゲージ場と相互作用するクォークの1+1D格子にピボットする。 真空とトロッター化時間進化回路のためのVQEベースの状態準備を設計し、ベータおよびニュートリノレス二重ベータ崩壊のシミュレーション問題に適用する。 最後に、これらの回路は、最小限のオーバーヘッドで最寄りの接続性を持つ量子デバイスで使用可能なバージョンに適合し、ハドロン力学や散乱のためにそのようなデバイスをより高い量子ビット数で利用することを目指している。 この論文は、密度の高い3フレーバーニュートリノ系に関する2つのプロジェクトを含んでいる。 最初の詳細は、最先端の量子デバイス上でのトロッター化時間進化回路の設計とテストである。 2つ目は、安定状態("magic")からの偏差が量子的優位性を示す問題に必要であるというゴッテマン・クニルの定理(英語版)によって動機づけられたものであり、一般に標準モデルに示唆される結果、最も高い、最も永続的な魔法を持つ3つのフレーバーのウルトラデンスニュートリノ系は、全ての3つのフレーバーのニュートリノから始まるものである。

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