論文の概要: Quantum Simulation of Nuclear Dynamics in First Quantization

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.22814v1
• Date: Wed, 30 Jul 2025 16:31:49 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-31 16:14:18.331979
• Title: Quantum Simulation of Nuclear Dynamics in First Quantization
• Title（参考訳）: 第一量子化における核動力学の量子シミュレーション
• Authors: Luca Spagnoli, Chiara Lissoni, Alessandro Roggero,
• Abstract要約: 我々は、第1量子化において、完全なリードing Order (LO) ピオンレスハミルトニアン(英語版)を用いて核力学を研究するためのリソース要件を初めて完全に特徴づける。 低エネルギー核散乱の興味深いシミュレーションは、数千万のTゲートと数百の論理量子ビットで達成可能である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 44.99833362998488
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The study of real time dynamics of nuclear systems is of great importance to provide theoretical predictions of cross sections relevant for both terrestrial experiments as well as applications in astrophysics. First principles simulations of these dynamical processes is however hindered by an exponential cost in classical resources and the possibility of performing scalable simulations using quantum computers is currently an active field of research. In this work we provide the first complete characterization of the resource requirements for studying nuclear dynamics with the full Leading Order (LO) pionless EFT Hamiltonian in first quantization employing simulation strategies using both product formulas as well as Quantum Signal Processing. In particular, we show that time evolution of such an Hamiltonian can be performed with polynomial resources in the number of particles, and logarithmic resources in the number of single-particle basis states. This result provides an exponential improvement compared with previous work on the same Hamiltonian model in second quantization. We find that interesting simulations for low energy nuclear scattering could be achievable with tens of millions of T gates and few hundred logical qubits suggesting that the study of simple nuclear reactions could be amenable for early fault tolerant quantum platforms.
• Abstract（参考訳）: 核系のリアルタイム力学の研究は、地上実験と天体物理学への応用の両方に関連する断面の理論的予測を提供することが非常に重要である。 しかしながら、これらの動的プロセスの第一原理シミュレーションは古典的資源の指数的なコストによって妨げられ、量子コンピュータを用いたスケーラブルなシミュレーションの実行は、現在活発な研究分野である。 本研究は,第1次量子化において,第1次量子化法において,第2次量子化法と第2次量子化法と第2次量子化法を用いて,核動力学研究のための資源要求の完全な評価を行うものである。 特に、そのようなハミルトニアンの時間的進化は、粒子数における多項式資源と、単一粒子基底状態の数における対数資源で実現できることを示す。 この結果は、第2量子化における同じハミルトンモデルに関する以前の研究と比較して指数関数的な改善をもたらす。 低エネルギー核散乱の興味深いシミュレーションは、数千万のTゲートと数百の論理量子ビットで達成可能であること、そして単純な核反応の研究が早期のフォールトトレラント量子プラットフォームで実現可能であることを示唆している。

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