論文の概要: Real-Time Scattering on Quantum Computers via Hamiltonian Truncation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.03878v1
• Date: Tue, 06 May 2025 18:00:01 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-08 19:07:35.889226
• Title: Real-Time Scattering on Quantum Computers via Hamiltonian Truncation
• Title（参考訳）: ハミルトニアントラニケーションによる量子コンピュータのリアルタイム散乱
• Authors: James Ingoldby, Michael Spannowsky, Timur Sypchenko, Simon Williams, Matthew Wingate,
• Abstract要約: 実時間散乱過程にハミルトニアントラニケーション(HT)を模擬した量子計算フレームワークを提案する。 HT はヒルベルト空間の量子論を、可解な参照ハミルトニアンのエネルギー固有基底に乗じて近似する。 この結果から,ハミルトニアン・トランケーションは量子場理論の量子シミュレーションに有望な戦略をもたらすことが示唆された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We present a quantum computational framework using Hamiltonian Truncation (HT) for simulating real-time scattering processes in $(1+1)$-dimensional scalar $\phi^4$ theory. Unlike traditional lattice discretisation methods, HT approximates the quantum field theory Hilbert space by truncating the energy eigenbasis of a solvable reference Hamiltonian, significantly reducing the number of required qubits. Our approach involves preparing initial states as wavepackets through adiabatic evolution from the free-field theory to the interacting regime. We experimentally demonstrate this state preparation procedure on an IonQ trapped-ion quantum device and validate it through quantum simulations, capturing key phenomena such as wavepacket dynamics, interference effects, and particle production post-collision. Detailed resource comparisons highlight the advantages of HT over lattice approaches in terms of qubit efficiency, although we observe challenges associated with circuit depth scaling. Our findings suggest that Hamiltonian Truncation offers a promising strategy for quantum simulations of quantum field theories, particularly as quantum hardware and algorithms continue to improve.
• Abstract（参考訳）: 実時間散乱過程を1+1$次元スカラー$\phi^4$理論でシミュレートするためにハミルトントラニケーション(HT)を用いた量子計算フレームワークを提案する。 従来の格子の離散化法とは異なり、HT はヒルベルト空間の量子論を近似し、可解な参照ハミルトンのエネルギー固有基底を計算し、必要な量子ビットの数を著しく減らした。 我々のアプローチは、自由場理論から相互作用状態への断熱進化を通じて、ウェーブパケットとして初期状態を作成することである。 我々は,IonQトラップイオン量子デバイス上で,この状態生成手順を実験的に実証し,量子シミュレーションにより検証し,ウェーブパレットダイナミクス,干渉効果,粒子生成後の衝突などの重要な現象を捉える。 詳細なリソース比較は、回路深さのスケーリングに伴う課題を観察しながらも、量子ビット効率の観点から格子アプローチよりもHTの利点を浮き彫りにしている。 我々の発見は、特に量子ハードウェアとアルゴリズムが改善を続けるにつれて、ハミルトニアン・トランカトリーが量子場理論の量子シミュレーションに有望な戦略を提供することを示唆している。

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