論文の概要: Digital quantum simulations of scattering in quantum field theories using W states

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.03111v1
• Date: Tue, 06 May 2025 02:07:04 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-07 18:50:11.161278
• Title: Digital quantum simulations of scattering in quantum field theories using W states
• Title（参考訳）: W状態を用いた量子場理論における散乱のディジタル量子シミュレーション
• Authors: Roland C. Farrell, Nikita A. Zemlevskiy, Marc Illa, John Preskill,
• Abstract要約: 非弾性粒子生成の証拠はIBMの量子コンピュータを用いた一次元イジング場理論で観察される。 量子場理論散乱シミュレーションの初期状態(ウェーブパケット)を準備するための新しい量子アルゴリズム。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: High-energy particle collisions can convert energy into matter through the inelastic production of new particles. Quantum computers are an ideal platform for simulating the out-of-equilibrium dynamics of the collision and the formation of the subsequent many-particle state. In this work, evidence for inelastic particle production is observed in one-dimensional Ising field theory using IBM's quantum computers. The scattering experiment is performed on 100 qubits of ibm_marrakesh and uses up to 6,412 two-qubit gates to access the post-collision dynamics. Integral to these simulations is a new quantum algorithm for preparing the initial state (wavepackets) of a quantum field theory scattering simulation. This method efficiently prepares wavepackets by extending recent protocols for creating W states with mid-circuit measurement and feedforward. The required circuit depth is independent of wavepacket size and spatial dimension, representing a superexponential improvement over previous methods. Our wavepacket preparation algorithm can be applied to a wide range of lattice models and is demonstrated in one-dimensional Ising field theory, scalar field theory, the Schwinger model, and two-dimensional Ising field theory.
• Abstract（参考訳）: 高エネルギー粒子衝突は、新しい粒子の非弾性生成によってエネルギーを物質に変換することができる。 量子コンピュータは、衝突の平衡外力学とその後の多粒子状態の形成をシミュレートするための理想的なプラットフォームである。 本研究では,IBMの量子コンピュータを用いた一次元イジング場理論において非弾性粒子生成の証拠を観察する。 散乱実験は、100キュービットのibm_marrakesh上で行われ、最大6,412個の2キュービットゲートを使用して、衝突後のダイナミクスにアクセスする。 これらのシミュレーションを統合することは、量子場理論散乱シミュレーションの初期状態(ウェーブパケット)を準備するための新しい量子アルゴリズムである。 この方法は、中回りの計測とフィードフォワードでW状態を生成するための最近のプロトコルを拡張して、ウェーブパレットを効率的に作成する。 必要な回路深さは、ウェーブパケットサイズと空間次元とは独立であり、従来の方法よりも超指数的な改善を示している。 本アルゴリズムは格子モデルに適用可能であり,一次元イジング場理論,スカラー場理論,シュウィンガーモデル,二次元イジング場理論などに応用できる。

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