論文の概要: Barren-plateau free variational quantum simulation of Z2 lattice gauge theories

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.19203v1
• Date: Fri, 25 Jul 2025 12:16:02 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-28 16:16:48.947993
• Title: Barren-plateau free variational quantum simulation of Z2 lattice gauge theories
• Title（参考訳）: Z2格子ゲージ理論のバレンプラトー自由変分量子シミュレーション
• Authors: Fariha Azad, Matteo Inajetovic, Stefan Kühn, Anna Pappa,
• Abstract要約: 我々は、$mathbbZ$格子ゲージ理論(LGT)における基底状態と静的弦の破れを調べるのに適した変分量子固有解器(VQE)を設計する。 弦の破れを示す実験はIBMの量子プラットフォームで行われている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: In this work, we design a variational quantum eigensolver (VQE) suitable for investigating ground states and static string breaking in a $\mathbb{Z}_2$ lattice gauge theory (LGT). We consider a two-leg ladder lattice coupled to Kogut-Susskind staggered fermions and verify the results of the VQE simulations using tensor network methods. We find that for varying Hamiltonian parameter regimes and in the presence of external charges, the VQE is able to arrive at the gauge-invariant ground state without explicitly enforcing gauge invariance through penalty terms. Additionally, experiments showing string breaking are performed on IBM's quantum platform. Thus, VQEs are seen to be a promising tool for $\mathbb{Z}_2$ LGTs, and could pave the way for studies of other gauge groups. We find that the scaling of gradients with the number of qubits is favorable for avoiding barren plateaus. At the same time, it is not clear how to efficiently simulate the LGT using classical methods. Furthermore, strategies that avoid barren plateaus arise naturally as features of LGTs, such as choosing the initialization by setting the Gauss law sector and restricting the Hilbert space to the gauge-invariant subspace.
• Abstract（参考訳）: 本研究では, 基底状態と静的弦の破れを調査するのに適した変分量子固有解器(VQE)を, $\mathbb{Z}_2$格子ゲージ理論(LGT)で設計する。 テンソルネットワーク法を用いたVQEシミュレーションの結果を検証し,Kogut-Susskindに結合した2脚のラグ格子について考察する。 様々なハミルトンパラメータ系と外部電荷の存在下では、VQEはゲージ不変基底状態に到達でき、ペナルティ項を通じてゲージ不変性を明示的に強制することができない。 さらに、IBMの量子プラットフォーム上で文字列の破壊を示す実験が実施されている。 したがって、VQEsは$\mathbb{Z}_2$ LGTsの有望なツールであり、他のゲージ群の研究の道を開くことができる。 量子ビット数による勾配のスケーリングは、不規則な台地を避けるのに有利である。 同時に、LGTを従来の手法で効率的にシミュレートする方法も明らかになっていない。 さらに、ガウス法セクターを設定し、ヒルベルト空間をゲージ不変部分空間に制限することで初期化を選択するなど、LGTの特徴としてバレンプラトーを避ける戦略が自然に現れる。

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