論文の概要: Scalable quantum computation of Quantum Electrodynamics beyond one spatial dimension

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.27668v1
• Date: Fri, 31 Oct 2025 17:34:15 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-11-03 17:52:16.190065
• Title: Scalable quantum computation of Quantum Electrodynamics beyond one spatial dimension
• Title（参考訳）: 1次元を超える量子電磁力学のスケーラブル量子計算
• Authors: Zong-Gang Mou, Bipasha Chakraborty,
• Abstract要約: ガウスの法則は、実装が完全にゲージ不変のままであるときに自動的に満たされる。 次世代量子プラットフォームは、大規模力学の信頼性と完全な量子シミュレーションを可能にする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: In the Hamiltonian formulation, Quantum Field Theory calculations scale exponentially with spatial volume, making real-time simulations intractable on classical computers and motivating quantum computation approaches. In Hamiltonian quantisation, bosonic fields introduce the additional challenge of an infinite-dimensional Hilbert space. We present a scalable quantum algorithm for Quantum Electrodynamics (QED), an Abelian gauge field theory in higher than one spatial dimensions, designed to address this limit while preserving gauge invariance. In our formulation, Gauss's law is automatically satisfied when the implementation remains fully gauge invariant. We demonstrate how gauge invariance is maintained throughout the lattice discretisation, digitisation, and qubitisation procedures, and identify the most efficient representation for extending to large Hilbert space dimensions. Within this framework, we benchmark several quantum error mitigation techniques and find the calibration method to perform most effectively. The approach scales naturally to larger lattices, and we implement and test the 2+1 and 3+1 dimensional setups on current quantum hardware. Our results indicate that next-generation quantum platforms could enable reliable, fully quantum simulations of large-scale QED dynamics.
• Abstract（参考訳）: ハミルトニアンの定式化において、量子場理論の計算は空間体積と指数関数的にスケールし、古典的なコンピュータ上でリアルタイムのシミュレーションを可能にし、量子計算のアプローチを動機付けている。 ハミルトン量子化において、ボゾン場は無限次元ヒルベルト空間のさらなる挑戦を導入する。 本稿では,1次元以上のアベリアゲージ場理論である量子電磁力学(QED)のスケーラブルな量子アルゴリズムについて述べる。 我々の定式化において、ガウスの法則は、実装が完全にゲージ不変のままであるときに自動的に満たされる。 格子離散化, ディジタル化, および量子化過程を通じてゲージ不変性がどのように維持されているかを示し, 大きなヒルベルト空間次元に拡張するための最も効率的な表現を同定する。 本フレームワークでは,いくつかの量子誤差軽減手法をベンチマークし,最も効果的に動作するキャリブレーション法を提案する。 このアプローチは自然に大きな格子にスケールし、現在の量子ハードウェア上で2+1次元と3+1次元のセットアップを実装し、テストする。 この結果から,次世代量子プラットフォームが大規模QED力学の信頼性,完全量子シミュレーションを実現する可能性が示唆された。

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