論文の概要: Bosonic vs. Fermionic Matter in Quantum Simulations of $2+1$D Gauge Theories

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.17000v1
• Date: Wed, 23 Apr 2025 18:00:04 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-02 19:15:53.118786
• Title: Bosonic vs. Fermionic Matter in Quantum Simulations of $2+1$D Gauge Theories
• Title（参考訳）: 2+1Dゲージ理論の量子シミュレーションにおけるボソニック対フェルミオン物質
• Authors: N. S. Srivatsa, Jesse J. Osborne, Debasish Banerjee, Jad C. Halimeh,
• Abstract要約: 本研究では, ハードコアボソンに結合したモデルについて検討し, 遷移に伴う相のより複雑な混合を伴って, 同様の相構造を同定した。 このことから,ボーソンは格子ゲージ理論のシミュレーションにおいてフェルミオンを効果的に置き換えることができることが示唆された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum link models extend lattice gauge theories beyond the traditional Wilson formulation and present promising candidates for both digital and analog quantum simulations. Fermionic matter coupled to $U(1)$ quantum link gauge fields has been extensively studied, revealing a phase diagram that includes transitions from the columnar phase in the quantum dimer model to the resonating valence bond phase in the quantum link model, potentially passing through a disordered liquid-like phase. In this study, we investigate the model coupled to hardcore bosons and identify a similar phase structure, though with a more intricate mixture of phases around the transition. Our analysis reveals that near the transition region, a narrow and distinct ordered phase emerges, characterized by gauge fields forming plaquette configurations with alternating orientations, which is then followed by a thinner, liquid-like regime. This complexity primarily stems from the differences in particle statistics, which manifest prominently when the matter degrees of freedom become dynamic. Notably, our findings suggest that bosons can effectively replace fermions in lattice gauge theory simulations, offering solutions to the challenges posed by fermions in both digital and analog quantum simulations.
• Abstract（参考訳）: 量子リンクモデルは、従来のウィルソンの定式化を超えて格子ゲージ理論を拡張し、デジタルおよびアナログ量子シミュレーションの両方に有望な候補を示す。 U(1)$量子リンクゲージ場に結合したフェルミオン性物質は広く研究され、量子二量体モデルにおける柱状相から量子リンクモデルにおける共鳴価結合相への遷移を含む相図が明らかにされている。 本研究では, ハードコアボソンに結合したモデルについて検討し, 遷移の周囲の相のより複雑な混合を伴って, 同様の相構造を同定する。 解析の結果, 遷移領域近傍では細い秩序相が出現し, 配向を交互に形成するゲージ場が成立し, その後, より薄く, 液体のような状態が続くことがわかった。 この複雑さは、自由度が動的になったときに顕著に現れる粒子統計学の違いに起因している。 特に,ボーソンは格子ゲージ理論のシミュレーションにおいてフェルミオンを効果的に置き換えることができ,デジタルおよびアナログ量子シミュレーションの両方においてフェルミオンがもたらす課題に対する解決策を提供する。

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