論文の概要: Euclidean-Monte-Carlo-informed ground-state preparation for quantum simulation of scalar field theory
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.02313v1
- Date: Mon, 02 Jun 2025 23:02:45 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-06-05 01:42:09.378983
- Title: Euclidean-Monte-Carlo-informed ground-state preparation for quantum simulation of scalar field theory
- Title（参考訳）: ユークリッド-モンテ-カルロ-インフォームド基底状態の準備とスカラー場理論の量子シミュレーション
- Authors: Navya Gupta, Christopher David White, Zohreh Davoudi,
- Abstract要約: 1+1次元の量子場理論の基底状態を作成するための、効率的な量子回路を生成するための、完全に古典的なパイプラインを提案する。
この研究は、古典的に得られた状態の知識を体系的に応用し、自然における理論の量子場の正確な初期状態を作成する方法を開く。
- 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: Quantum simulators offer great potential for investigating dynamical properties of quantum field theories. However, preparing accurate non-trivial initial states for these simulations is challenging. Classical Euclidean-time Monte-Carlo methods provide a wealth of information about states of interest to quantum simulations. Thus, it is desirable to facilitate state preparation on quantum simulators using this information. To this end, we present a fully classical pipeline for generating efficient quantum circuits for preparing the ground state of an interacting scalar field theory in 1+1 dimensions. The first element of this pipeline is a variational ansatz family based on the stellar hierarchy for bosonic quantum systems. The second element of this pipeline is the classical moment-optimization procedure that augments the standard variational energy minimization by penalizing deviations in selected sets of ground-state correlation functions (i.e., moments). The values of ground-state moments are sourced from classical Euclidean methods. The resulting states yield comparable ground-state energy estimates but exhibit distinct correlations and local non-Gaussianity. The third element of this pipeline is translating the moment-optimized ansatz into an efficient quantum circuit with an asymptotic cost that is polynomial in system size. This work opens the way to systematically applying classically obtained knowledge of states to prepare accurate initial states in quantum field theories of interest in nature.
- Abstract（参考訳）: 量子シミュレータは、量子場理論の動的性質を研究する大きな可能性を提供する。
しかし、これらのシミュレーションのために正確な非自明な初期状態を作成することは困難である。
古典的ユークリッド時間モンテカルロ法は、量子シミュレーションへの関心状態に関する豊富な情報を提供する。
したがって、この情報を用いて量子シミュレータの状態調整を容易にすることが望ましい。
この目的のために, 1+1次元の相互作用するスカラー場理論の基底状態を作成するための, 効率的な量子回路を生成するための, 完全古典的なパイプラインを提案する。
このパイプラインの最初の要素は、ボゾン量子系の恒星階層に基づく変分アンザッツ族である。
このパイプラインの第2の要素は古典的なモーメント最適化法であり、基底状態相関関数(即ちモーメント)の集合における偏差をペナライズすることで標準変分エネルギー最小化を増大させる。
基底状態モーメントの値は古典的ユークリッド法から導かれる。
得られた状態は、基底状態のエネルギー推定に匹敵するが、異なる相関関係と局所的な非ガウス性を示す。
このパイプラインの第3の要素は、モーメント最適化アンザッツを、システムサイズの多項式である漸近コストで効率的な量子回路に変換することである。
この研究は、古典的に得られた状態の知識を体系的に応用し、自然への関心を持つ場の量子論における正確な初期状態を作成する方法を開く。
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