論文の概要: Quantum computation of hadron scattering in a lattice gauge theory

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.20408v1
• Date: Mon, 26 May 2025 18:00:49 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-28 17:05:58.226592
• Title: Quantum computation of hadron scattering in a lattice gauge theory
• Title（参考訳）: 格子ゲージ理論におけるハドロン散乱の量子計算
• Authors: Zohreh Davoudi, Chung-Chun Hsieh, Saurabh V. Kadam,
• Abstract要約: 1+1次元のZ$格子ゲージ理論における2ハドロン散乱のディジタル量子計算を提案する。 所望の運動量空間の波動関数を持つ高分離単一粒子波パケットを作成し、デジタル時間進化を通じてそれらの衝突をシミュレートする。
• 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: We present a digital quantum computation of two-hadron scattering in a $Z_2$ lattice gauge theory in 1+1 dimensions. We prepare well-separated single-particle wave packets with desired momentum-space wavefunctions, and simulate their collision through digitized time evolution. Multiple hadronic wave packets can be produced using the efficient, systematically improvable algorithm of this work, achieving high fidelity with the target initial state. Specifically, employing a trapped-ion quantum computer (IonQ Forte), we prepare up to three meson wave packets using 11 and 27 system qubits, and simulate collision dynamics of two meson wave packets for the smaller system. Results for local observables are consistent with numerical simulations at early times, but decoherence effects limit evolution into long times. We demonstrate the critical role of high-fidelity initial states for precision measurements of state-sensitive observables, such as $S$-matrix elements. Our work establishes the potential of quantum computers in simulating hadron-scattering processes in strongly interacting gauge theories.
• Abstract（参考訳）: 1+1次元のZ_2$格子ゲージ理論における2ハドロン散乱のディジタル量子計算を提案する。 所望の運動量空間の波動関数を持つ高分離単一粒子波パケットを作成し、デジタル時間進化を通じてそれらの衝突をシミュレートする。 複数のハドロン波パケットは、この作業の効率的で体系的に実装可能なアルゴリズムを用いて生成することができ、ターゲットの初期状態と高い忠実性を達成することができる。 具体的には、閉じ込められたイオン量子コンピュータ(IonQ Forte)を用いて、11と27の系量子ビットを用いた最大3つの中間波パケットを作成し、より小さな系に対する2つの中間波パケットの衝突ダイナミクスをシミュレートする。 局所観測値の結果は初期の数値シミュレーションと一致しているが、デコヒーレンス効果は長い時間に進化を制限する。 S$-matrix 要素のような状態依存型観測器の精度測定において,高忠実度初期状態が果たす重要な役割を実証する。 我々の研究は、強相互作用ゲージ理論におけるハドロン散乱過程をシミュレートする量子コンピュータの可能性を確立する。

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