論文の概要: Real-Time Dynamics in a (2+1)-D Gauge Theory: The Stringy Nature on a Superconducting Quantum Simulator
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.08088v1
- Date: Thu, 10 Jul 2025 18:01:27 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-07-14 18:03:54.138259
- Title: Real-Time Dynamics in a (2+1)-D Gauge Theory: The Stringy Nature on a Superconducting Quantum Simulator
- Title（参考訳）: 2+1)次元ゲージ理論における実時間ダイナミクス:超伝導量子シミュレータの弦性
- Authors: Jesús Cobos, Joana Fraxanet, César Benito, Francesco di Marcantonio, Pedro Rivero, Kornél Kapás, Miklós Antal Werner, Örs Legeza, Alejandro Bermudez, Enrique Rico,
- Abstract要約: 我々は、(2+1)次元ゲージ理論のディジタル量子シミュレーションにおいて、動的物質を用いた動きの弦モードを探索する。
我々は,大規模なリアルタイム力学を予測するために,ベース更新とガレルキン法を用いて広範囲なテンソルネットワークシミュレーションを行った。
この研究は超伝導量子シミュレーションを通じて非摂動ゲージ力学を探索するためのマイルストーンを確立する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 32.73124984242397
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Understanding the confinement mechanism in gauge theories and the universality of effective string-like descriptions of gauge flux tubes remains a fundamental challenge in modern physics. We probe string modes of motion with dynamical matter in a digital quantum simulation of a (2+1) dimensional gauge theory using a superconducting quantum processor with up to 144 qubits, stretching the hardware capabilities with quantum-circuit depths comprising up to 192 two-qubit layers. We realize the $Z_2$-Higgs model ($Z_2$HM) through an optimized embedding into a heavy-hex superconducting qubit architecture, directly mapping matter and gauge fields to vertex and link superconducting qubits, respectively. Using the structure of local gauge symmetries, we implement a comprehensive suite of error suppression, mitigation, and correction strategies to enable real-time observation and manipulation of electric strings connecting dynamical charges. Our results resolve a dynamical hierarchy of longitudinal oscillations and transverse bending at the end points of the string, which are precursors to hadronization and rotational spectra of mesons. We further explore multi-string processes, observing the fragmentation and recombination of strings. The experimental design supports 300,000 measurement shots per circuit, totaling 600,000 shots per time step, enabling high-fidelity statistics. We employ extensive tensor network simulations using the basis update and Galerkin method to predict large-scale real-time dynamics and validate our error-aware protocols. This work establishes a milestone for probing non-perturbative gauge dynamics via superconducting quantum simulation and elucidates the real-time behavior of confining strings.
- Abstract（参考訳）: ゲージ理論における閉じ込め機構の理解とゲージ束管の有効文字列のような記述の普遍性は、現代物理学における根本的な課題である。
本研究では、最大144キュービットの超伝導量子プロセッサを用いて、(2+1)次元ゲージ理論のディジタル量子シミュレーションにおいて、動的物質による運動の弦モードを探索し、最大192個の2キュービット層からなる量子回路深さでハードウェア能力を拡張した。
Z_2$-Higgsモデル(Z_2$HM)は, 超伝導量子ビットアーキテクチャに最適化された埋め込みにより実現し, 物質とゲージ場を直接頂点にマッピングし, 超伝導量子ビットをリンクする。
局所ゲージ対称性の構造を用いて、動的電荷を接続する電気弦のリアルタイム観測と操作を可能にするために、誤差抑制、緩和、補正戦略の包括的なスイートを実装した。
この結果は,メソンのハドロン化と回転スペクトルの前駆体である弦の端点における縦振動と横曲げの動的階層を解く。
さらに、弦の断片化と組換えを観察し、多弦過程について考察する。
実験的な設計では、1回路あたり30万発の計測ショットをサポートし、60万発のタイムステップで高忠実度統計を可能にする。
我々は,大規模なリアルタイムダイナミクスの予測とエラー認識プロトコルの検証に,ベース更新とGalerkin法による広範囲なテンソルネットワークシミュレーションを用いる。
この研究は、超伝導量子シミュレーションを通じて非摂動ゲージ力学を探索し、凝縮弦のリアルタイムな挙動を解明するためのマイルストーンを確立する。
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