論文の概要: Real-Time Observation of Aharonov-Bohm Interference in a $\mathbb{Z}_2$ Lattice Gauge Theory on a Hybrid Qubit-Oscillator Quantum Computer
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.19588v1
- Date: Fri, 25 Jul 2025 18:02:33 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-07-29 16:23:55.761769
- Title: Real-Time Observation of Aharonov-Bohm Interference in a $\mathbb{Z}_2$ Lattice Gauge Theory on a Hybrid Qubit-Oscillator Quantum Computer
- Title(参考訳): ハイブリッド量子コンピュータにおける$\mathbb{Z}_2$格子ゲージ理論におけるAharonov-Bohm干渉のリアルタイム観測
- Authors: S. Saner, O. Băzăvan, D. J. Webb, G. Araneda, C. J. Ballance, R. Srinivas, D. M. Lucas, A. Bermúdez,
- Abstract要約: 我々は、ハイブリッド量子ビットオシレータトラップイオン量子デバイスを用いて、$mathbbZ$ LGTのリソース効率を実証する。
ガウスの法則を$mathbbZ$リンクで探索し、これをループ幾何学に拡張し、高次元LGTへの最初のステップを示す。
この結果はボソニックゲージ理論のスケーラブルな量子シミュレーションに有望な経路を示す。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Quantum simulations of lattice gauge theories (LGTs) with both dynamical matter and gauge fields provide a promising approach to studying strongly coupled problems beyond classical computational reach. Yet, implementing gauge-invariant encodings and real-time evolution remains experimentally challenging. Here, we demonstrate a resource-efficient encoding of a $\mathbb{Z}_2$ LGT using a hybrid qubit-oscillator trapped-ion quantum device, where qubits represent gauge fields and vibrational modes naturally encode bosonic matter fields. This architecture utilises synthetic dimensions to construct higher-dimensional lattice geometries and combines digital and analogue techniques to prepare initial states, realise gauge-invariant real-time evolution, and measure the relevant observables. We experimentally probe dynamics obeying Gauss's law in a $\mathbb{Z}_2$ link and extend this to a loop geometry, marking the first steps towards higher-dimensional LGTs. In this quasi-2D setup, we observe Aharonov-Bohm interference for the first time with dynamical gauge fields encoding magnetic flux, demonstrating the interplay between charge and flux. Our results chart a promising path for scalable quantum simulations of bosonic gauge theories and outline a roadmap for realising exotic LGTs in higher dimensions.
- Abstract(参考訳): 動的物質とゲージ場の両方を持つ格子ゲージ理論(LGT)の量子シミュレーションは、古典的な計算範囲を超えて強く結合した問題を研究するための有望なアプローチを提供する。
しかし、ゲージ不変エンコーディングの実装とリアルタイム進化は実験的に困難である。
ここでは、ゲージ場と振動モードが自然にボソニック物質場を符号化する、ハイブリッド量子ビットオシレータトラップイオン量子デバイスを用いた、$\mathbb{Z}_2$ LGTのリソース効率の符号化を実演する。
このアーキテクチャは合成次元を利用して高次元格子幾何学を構築し、デジタルとアナログの技術を組み合わせて初期状態を作成し、ゲージ不変のリアルタイム進化を実現し、関連する観測値を測定する。
ガウスの法則に従うダイナミクスを$\mathbb{Z}_2$リンクで実験的に探索し、これをループ幾何学に拡張し、高次元LGTへの最初のステップを示す。
この準2D構成では,磁束を符号化する動的ゲージ場を用いてアハロノフ・ボーム干渉を初めて観測し,電荷とフラックスの相互作用を実証した。
この結果はボソニックゲージ理論のスケーラブルな量子シミュレーションに期待できる経路をグラフ化し、高次元のエキゾチックLGTを実現するためのロードマップを概説した。
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