論文の概要: A Path to Quantum Simulations of Topological Phases: (2+1)D Wilson Fermions Coupled To U(1) Background Gauge Fields
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.21828v1
- Date: Wed, 30 Apr 2025 17:33:01 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-05-09 17:39:02.19645
- Title: A Path to Quantum Simulations of Topological Phases: (2+1)D Wilson Fermions Coupled To U(1) Background Gauge Fields
- Title（参考訳）: 位相相の量子シミュレーションへの道: (2+1)D Wilson Fermions Coupled to U(1) background Gauge Fields
- Authors: Sriram Bharadwaj, Emil Rosanowski, Simran Singh, Alice di Tucci, Changnan Peng, Karl Jansen, Lena Funcke, Di Luo,
- Abstract要約: 格子の定式化における鍵となる課題は、位相位相とチャーン・サイモンズ項の適切な実現である。
我々は、ハミルトニアン定式化において、$textU(1)$バックグラウンドゲージ場に結合したスタッガードおよびウィルソンフェルミオンを解析する。
我々の発見はハミルトンの定式化における既存の曖昧さを解決し、トポロジカル位相を持つゲージ理論の将来の量子シミュレーションの理論的基礎を提供する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.7070208147484192
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum simulation offers a powerful approach to studying quantum field theories, particularly (2+1)D quantum electrodynamics (QED$_3$), which hosts a rich landscape of physical phenomena. A key challenge in lattice formulations is the proper realization of topological phases and the Chern-Simons terms, where fermion discretization plays a crucial role. In this work, we analyze staggered and Wilson fermions coupled to $\text{U}(1)$ background gauge fields in the Hamiltonian formulation and demonstrate that staggered fermions fail to induce (2+1)D topological phases, while Wilson fermions admit a variety of topological phases including Chern insulator and quantum spin Hall phases. We additionally uncover a rich phase diagram for the two-flavor Wilson fermion model in the presence of a chemical potential. Our findings resolve existing ambiguities in Hamiltonian formulations and provide a theoretical foundation for future quantum simulations of gauge theories with topological phases. We further outline connections to experimental platforms, offering guidance for implementations on near-term quantum computing architectures.
- Abstract（参考訳）: 量子シミュレーションは、特に(2+1)D量子電磁力学(QED$_3$)の研究に強力なアプローチを提供する。
格子の定式化における重要な課題は、位相位相の適切な実現と、フェルミオンの離散化が重要な役割を果たすチャーン・サイモンズ項である。
本研究では、ハミルトニアン定式化における$\text{U}(1)$バックグラウンドゲージ場に結合したスタッガードフェルミオンとウィルソンフェルミオンを解析し、スタッガードフェルミオンが(2+1)D位相を誘導できないことを示す一方、ウィルソンフェルミオンはチャーン絶縁体や量子スピンホール位相を含む様々な位相を許容する。
さらに, 化学ポテンシャルの存在下での2フレーバーウィルソンフェルミオンモデルに対する豊富な相図も明らかにした。
我々の発見はハミルトンの定式化における既存の曖昧さを解決し、トポロジカル位相を持つゲージ理論の将来の量子シミュレーションの理論的基礎を提供する。
さらに、実験プラットフォームへの接続について概説し、短期量子コンピューティングアーキテクチャの実装に関するガイダンスを提供する。
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