論文の概要: Probing Hadron Scattering in Lattice Gauge Theories on Qudit Quantum Computers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.12614v1
- Date: Wed, 16 Jul 2025 20:15:36 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-07-18 20:10:24.265019
- Title: Probing Hadron Scattering in Lattice Gauge Theories on Qudit Quantum Computers
- Title(参考訳): 量子コンピュータ上の格子ゲージ理論におけるハドロン散乱の探索
- Authors: Rohan Joshi, Jan C. Louw, Michael Meth, Jesse J. Osborne, Kevin Mato, Guo-Xian Su, Martin Ringbauer, Jad C. Halimeh,
- Abstract要約: 我々は、$mathrmU(1)$量子リンク格子ゲージ理論の遠方平衡クエンチダイナミクスに対して、実験的に実現可能なデジタルキュート量子回路を提案する。
提案回路上での散乱過程を探索し,中間子-中間子衝突と中間子-中間子衝突に着目した。
我々のシミュレーションは、デフォーカスとデポーラ化の現実的なノイズモデルを含むが、正確なノイズレス力学と非常によく一致している。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 0.5420492913071214
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: An overarching goal in the flourishing field of quantum simulation for high-energy physics is the first-principles study of the microscopic dynamics of scattering processes on a quantum computer. Currently, this is hampered by small system sizes and a restriction to two-level representations of the gauge fields in state-of-the-art quantum simulators. Here, we propose efficient experimentally feasible digital qudit quantum circuits for far-from-equilibrium quench dynamics of a $\mathrm{U}(1)$ quantum link lattice gauge theory, where the electric and gauge fields are represented as spin-$1$ operators. Using dedicated numerical simulations, we probe scattering processes in this model on these proposed circuits, focusing on meson-meson and meson-antimeson collisions. The latter are not possible with a two-level representation of the fields, highlighting the suitability of qudits in exploring scattering processes relevant to quantum electrodynamics. The probed scattering dynamics showcases rich physics, including meson flipping and a reflection-transmission transition in meson-antimeson collisions as a function of the gauge coupling strength. Our simulations, which include realistic noise models of dephasing and depolarization, show very good agreement with the exact noiseless dynamics, signaling the readiness of current qudit platforms to observe microscopic scattering dynamics with significantly shallower circuit depths than their qubit counterparts.
- Abstract(参考訳): 高エネルギー物理学における量子シミュレーションの繁栄分野における大きなゴールは、量子コンピュータ上の散乱過程の微視的ダイナミクスの第一原理の研究である。
現在、これは小さなシステムサイズと、最先端の量子シミュレータにおけるゲージ場の2レベル表現の制限によって妨げられている。
ここでは,電場とゲージ場をスピン=1$演算子として表現する量子リンク格子ゲージ理論の遠方平衡クエンチ力学に対して,実験的に実現可能なディジタルキュート量子回路を提案する。
専用数値シミュレーションを用いて,提案回路上での散乱過程を探索し,中間子-中間子衝突と中間子-中間子衝突に着目した。
後者は場の2段階の表現では不可能であり、量子電磁力学に関連する散乱過程を探索する際の四重項の適合性を強調している。
プローブ散乱力学は、ゲージ結合強度の関数として、中間子反転や中間子-中間子衝突における反射-透過遷移を含むリッチ物理を示す。
我々のシミュレーションでは、デフォーカスとデポーラ化の現実的なノイズモデルを含むが、正確なノイズレス力学と非常によく一致しており、現在のキュディトプラットフォームが量子ビットよりもはるかに浅い回路深度で顕微鏡散乱ダイナミクスを観測する準備が整っていることを示唆している。
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