論文の概要: Pathfinding Quantum Simulations of Neutrinoless Double-$β$ Decay
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.05757v1
- Date: Fri, 06 Jun 2025 05:31:16 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-06-09 17:28:43.333503
- Title: Pathfinding Quantum Simulations of Neutrinoless Double-$β$ Decay
- Title（参考訳）: ニュートリノレスダブル-$β$減衰のパスフィンディング量子シミュレーション
- Authors: Ivan A. Chernyshev, Roland C. Farrell, Marc Illa, Martin J. Savage, Andrii Maksymov, Felix Tripier, Miguel Angel Lopez-Ruiz, Andrew Arrasmith, Yvette de Sereville, Aharon Brodutch, Claudio Girotto, Ananth Kaushik, Martin Roetteler,
- Abstract要約: 1+1D量子色力学における単純核のニュートリノレス2-$β$崩壊の共設計量子シミュレーションの結果を示す。
ニュートリノのない2-$beta$崩壊の明確な信号が測定され、これはレプトンナンバー違反をリアルタイムで観測する最初の量子シミュレーションとなった。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.8115433978995426
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We present results from co-designed quantum simulations of the neutrinoless double-$\beta$ decay of a simple nucleus in 1+1D quantum chromodynamics using IonQ's Forte-generation trapped-ion quantum computers. Electrons, neutrinos, and up and down quarks are distributed across two lattice sites and mapped to 32 qubits, with an additional 4 qubits used for flag-based error mitigation. A four-fermion interaction is used to implement weak interactions, and lepton-number violation is induced by a neutrino Majorana mass. Quantum circuits that prepare the initial nucleus and time evolve with the Hamiltonian containing the strong and weak interactions are executed on IonQ Forte Enterprise. A clear signal of neutrinoless double-$\beta$ decay is measured, making this the first quantum simulation to observe lepton-number violation in real time. This was made possible by co-designing the simulation to maximally utilize the all-to-all connectivity and native gate-set available on IonQ's quantum computers. Quantum circuit compilation techniques and co-designed error-mitigation methods, informed from executing benchmarking circuits with up to 2,356 two-qubit gates, enabled observables to be extracted with high precision. We discuss the potential of future quantum simulations to provide yocto-second resolution of the reaction pathways in these, and other, nuclear processes.
- Abstract（参考訳）: 我々は1+1D量子クロロダイナミックスにおける単純な核の崩壊を、IonQのフォルテ世代トラップイオン量子コンピュータを用いて、ニュートリノレス2-$\beta$の共設計した量子シミュレーションの結果を示す。
電子、ニュートリノ、アップ・アンド・ダウンクォークは2つの格子に分散し、32量子ビットにマッピングされる。
4フェミオン相互作用は弱い相互作用を実装するために使用され、レプトンナンバー違反はニュートリノマヨラナ質量によって引き起こされる。
初期核と時間を構成する量子回路は、強い相互作用と弱い相互作用を含むハミルトニアンによって進化し、IonQ Forte Enterprise上で実行される。
ニュートリノのない2-$\beta$崩壊の明確な信号が測定され、これはレプトンナンバー違反をリアルタイムで観測する最初の量子シミュレーションとなった。
これは、IonQの量子コンピュータで利用可能な全接続性とネイティブゲートセットを最大限活用するシミュレーションを共同設計することで実現された。
最大2,356個の2キュービットゲートを持つベンチマーク回路の実行により、量子回路のコンパイル技術と共同設計の誤差軽減手法により、観測可能なものを高精度に抽出することが可能となった。
今後の量子シミュレーションの可能性について議論し、これらの反応経路のヨクト秒間分解や、その他の核プロセスについて論じる。
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