論文の概要: Quantum simulation of fermionic non-Abelian lattice gauge theories in $(2+1)$D with built-in gauge protection

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.14747v1
• Date: Tue, 17 Jun 2025 17:37:40 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-18 17:34:59.595868
• Title: Quantum simulation of fermionic non-Abelian lattice gauge theories in $(2+1)$D with built-in gauge protection
• Title（参考訳）: 2+1)$Dのフェルミオン非アベリア格子ゲージ理論の量子シミュレーション
• Authors: Gaia De Paciani, Lukas Homeier, Jad C. Halimeh, Monika Aidelsburger, Fabian Grusdt,
• Abstract要約: アルカリ土類状原子(AELA)の確立されたリソン系スキームではゲージ対称性の破れは避けられない ここでは、ゲージ制約が満たされることを保証し、そのあいまいな非アベリアの性質を明示的に導き出すために、まず量子的に非アベリアLGTをシミュレートする最小モデルを構築する。 第二に、AELAsにおけるネイティブ相互作用を用いた新しいゲージ保護スキームの提案により、非アベリア$U(2)$ LGTsと2+1$次元の動的フェルミオン性物質を混合した玩具モデルのシミュレーションが可能となる。
• 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: Recent advancements in the field of quantum simulation have significantly expanded the potential for applications, particularly in the context of lattice gauge theories (LGTs). Maintaining gauge invariance throughout a simulation remains a central challenge, especially for large-scale non-Abelian LGTs with dynamical matter, which are particularly complex in terms of engineering for experiments. Gauge-symmetry breaking is inevitable in established rishon-based schemes for alkaline-earth-like atoms (AELAs) and controlling the magnitude of its effect is an open challenge. Here, we first construct a minimal model to quantum simulate non-Abelian LGTs ensuring that the gauge constraints are met and explicitly derive their unambiguous non-Abelian nature. Second, we present a proposal for a novel gauge protection scheme using native interactions in AELAs enabling the simulation of toy models of non-Abelian $U(2)$ LGTs with dynamical fermionic matter in $(2+1)$ dimensions on large scales. Due to the simplicity of the gauge protection mechanism, based on a Zeeman shift in combination with superexchange interactions, our scheme can be naturally included in other rishon-based quantum simulation protocols. Third, we extend our approach to a fully scalable, hybrid digital-analog simulator for $U(N)$ LGTs based on Rydberg AELA with variable rishon number. The proposed general mechanism for gauge protection provides a promising path towards the long-awaited simulation of non-Abelian LGTs relevant to particle physics.
• Abstract（参考訳）: 量子シミュレーションの分野での最近の進歩は、特に格子ゲージ理論(LGT)の文脈において、応用の可能性を大きく拡大した。 シミュレーション全体のゲージ不変性を維持することは、特に実験のための工学的に特に複雑である力学物質を持つ大規模非アベリアLGTにとっては、依然として中心的な課題である。 アルカリ性アース様原子(AELA)の確立されたリソンに基づくスキームでは、ゲージ対称性の破れは避けられず、その効果の大きさを制御することはオープンチャレンジである。 ここでは、ゲージ制約が満たされることを保証し、そのあいまいな非アベリアの性質を明示的に導き出すために、まず量子的に非アベリアLGTをシミュレートする最小モデルを構築する。 第二に、AELAsにおけるネイティブ相互作用を用いた新しいゲージ保護スキームの提案により、非アベリア$U(2)$ LGTsと2+1$次元の動的フェルミオン性物質を混合した玩具モデルのシミュレーションが可能となる。 ゲージ保護機構の単純さにより、ゼーマンシフトと超交換相互作用の組み合わせにより、我々のスキームは他のリコンベースの量子シミュレーションプロトコルに自然に組み込むことができる。 第三に、我々はRydberg AELAを基本とした、完全スケーラブルでハイブリッドなデジタルアナログシミュレーターにアプローチを拡張した。 ゲージ保護のための一般的なメカニズムは、粒子物理学に関連する非アベリアLGTの長年待ち望まれていたシミュレーションへの道筋を提供する。

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