論文の概要: Exponential speedup in quantum simulation of Kogut-Susskind Hamiltonian via orbifold lattice
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.00755v1
- Date: Sat, 31 May 2025 23:50:27 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-06-05 01:42:09.218783
- Title: Exponential speedup in quantum simulation of Kogut-Susskind Hamiltonian via orbifold lattice
- Title（参考訳）: オービフォールド格子を用いたKogut-Susskind Hamiltonianの量子シミュレーションにおける指数的高速化
- Authors: Georg Bergner, Masanori Hanada,
- Abstract要約: オービフォールド格子ハミルトニアンがコグト・ススキンド・ハミルトニアンを制御極限で再現できることが示される。
この改定は長年の技術的障害を解消し、デジタル量子シミュレーションのための簡単な実装プロトコルを提供する。
- 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 demonstrate that the orbifold lattice Hamiltonian -- an approach known for its efficiency in simulating SU($N$) Yang-Mills theory and QCD on digital quantum computers -- can reproduce the Kogut-Susskind Hamiltonian in a controlled limit. While the original Kogut-Susskind approach faces significant implementation challenges on quantum hardware, we show that it emerges naturally as the infinite scalar mass limit of the orbifold lattice formulation, even at finite lattice spacing. Our analysis provides both a general analytical framework applicable to SU($N$) gauge theories in arbitrary dimensions and specific numerical evidence for $(2+1)$-dimensional SU($N$) Yang-Mills theories ($N=2,3$). Using Euclidean path integral methods, we quantify the convergence rate by comparing the standard Wilson action with the orbifold lattice action, matching lattice parameters, and systematically extrapolating results as the bare scalar mass approaches infinity. This reformulation resolves longstanding technical obstacles and offers a straightforward implementation protocol for digital quantum simulation of the Kogut-Susskind Hamiltonian with exponential speedup compared to classical methods and previously known quantum methods.
- Abstract（参考訳）: オービフォールド格子ハミルトンは、SU($N$) Yang-Mills理論とデジタル量子コンピュータ上のQCDをシミュレートすることで、コグト・ススキンド・ハミルトン多様体を制御された極限で再現できることを実証する。
元々のKogut-Susskindアプローチは量子ハードウェアにおいて重要な実装上の課題に直面しているが、有限格子間隔においても、オービフォールド格子定式化の無限スカラー質量極限として自然に現れることを示す。
我々の分析は、任意の次元における SU($N$) ゲージ理論に適用可能な一般的な解析的枠組みと、$(2+1)$-次元 SU($N$) ヤン・ミルズ理論($N=2,3$)の具体的な数値的証拠を提供する。
ユークリッド経路積分法を用いて、標準ウィルソン作用とオルビフォールド格子作用とを比較し、格子パラメータをマッチングし、結果を素スカラー質量が無限大に近づく結果として体系的に外挿することで収束率を定量化する。
この改定は長年の技術的障害を解消し、古典的手法や以前に知られていた量子法と比較して指数的なスピードアップでKogut-Susskind Hamiltonianのデジタル量子シミュレーションの簡単な実装プロトコルを提供する。
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