論文の概要: Quantum Circuits for SU(3) Lattice Gauge Theory
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.08866v1
- Date: Tue, 11 Mar 2025 20:13:58 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-03-13 15:38:17.730631
- Title: Quantum Circuits for SU(3) Lattice Gauge Theory
- Title（参考訳）: SU(3)格子ゲージ理論のための量子回路
- Authors: Praveen Balaji, Cianán Conefrey-Shinozaki, Patrick Draper, Jason K. Elhaderi, Drishti Gupta, Luis Hidalgo, Andrew Lytle, Enrico Rinaldi,
- Abstract要約: 純粋な$SU(3)$ゲージ理論を2次元と3次元で考える。
任意の格子体積上で時間発展をシミュレートする回路を構築する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License:
- Abstract: Lattice gauge theories in varying dimensions, lattice volumes, and truncations offer a rich family of targets for Hamiltonian simulation on quantum devices. In return, formulating quantum simulations can provide new ways of thinking about the quantum structure of gauge theories. In this work, we consider pure $SU(3)$ gauge theory in two and three spatial dimensions in a streamlined version of the electric basis. We use a formulation of the theory that balances locality of the Hamiltonian and size of the gauge-invariant state space, and we classically pre-compute dictionaries of plaquette operator matrix elements for use in circuit construction. We build circuits for simulating time evolution on arbitrary lattice volumes, spanning circuits suitable for NISQ era hardware to future fault-tolerant devices. Relative to spin models, time evolution in lattice gauge theories involves more complex local unitaries, and the Hilbert space of all quantum registers may have large unphysical subspaces. Based on these features, we develop general, volume-scalable tools for optimizing circuit depth, including pruning and fusion algorithms for collections of large multi-controlled unitaries. We describe scalings of quantum resources needed to simulate larger circuits and some directions for future algorithmic development.
- Abstract（参考訳）: 様々な次元の格子ゲージ理論、格子体積、トランケーションは、量子デバイス上でのハミルトニアンシミュレーションの目的の豊富なファミリーを提供する。
その見返りとして、量子シミュレーションの定式化はゲージ理論の量子構造についての新しい考え方を与えることができる。
本研究では、電気基底の合理化バージョンにおける2次元と3次元の純粋$SU(3)$ゲージ理論について考察する。
我々は、ハミルトニアンの局所性とゲージ不変状態空間の大きさのバランスをとる理論の定式化を使い、古典的には回路構成に使用するプラケット作用素行列要素の辞書を前計算する。
我々は、NASQ時代のハードウェアに適した回路を、将来の耐故障デバイスに分散して、任意の格子体積上の時間発展をシミュレートする回路を構築する。
スピンモデルとは対照的に、格子ゲージ理論における時間発展はより複雑な局所ユニタリを含み、全ての量子レジスタのヒルベルト空間は大きな非物理的部分空間を持つ。
これらの特徴に基づき、大規模なマルチコントロールユニタリの収集のためのプルーニングや融合アルゴリズムを含む、回路深度を最適化する一般的なボリュームスケール可能なツールを開発する。
より大規模な回路をシミュレートするために必要な量子資源のスケーリングと,今後のアルゴリズム開発に向けたいくつかの方向性について述べる。
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