論文の概要: Simulating quantum electrodynamics in 2+1 dimensions with qubits and qumodes
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.14506v1
- Date: Tue, 18 Nov 2025 13:52:42 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-11-19 16:23:53.141905
- Title: Simulating quantum electrodynamics in 2+1 dimensions with qubits and qumodes
- Title（参考訳）: 2+1次元における量子電磁力学の量子ビットと量子モードによるシミュレーション
- Authors: Victor Ale, Tommaso Rainaldi, Enrique Rico, Felix Ringer, George Siopsis,
- Abstract要約: 2+1次元の量子電磁力学をシミュレーションするためのハイブリッド量子モードフレームワークを開発した。
フェルミオン物質場は量子ビットで表され、U(1)ゲージ場は連続可変ボソニックモードで符号化される。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We develop a hybrid qubit-qumode framework for simulating quantum electrodynamics in 2+1 dimensions. In this approach, fermionic matter fields are represented by qubits, while U(1) gauge fields are encoded in continuous-variable bosonic modes whose canonical quadratures capture the electric and vector-potential components of the theory. To reconcile the non-compact phase space of the qumodes with the compact U(1) gauge symmetry, we introduce and compare two complementary constraint-enforcement strategies: (i) a squeezing-based projection that confines qumode states to the unit circle through an effective modification of the inner product, and (ii) a method that dynamically enforces compactness via a penalty Hamiltonian term. We construct the corresponding hybrid Hamiltonian, derive its decomposition into experimentally accessible qubit-qumode gates, and analyze its spectrum in the analytically tractable single-plaquette limit. The hybrid formulation reproduces the correct gauge-invariant dynamics and provides a scalable route toward simulating Abelian lattice gauge theories coupled to fermionic matter on near-term hybrid quantum architectures. Ground-state preparation and convergence are demonstrated using a continuous-variable extension of the Quantum Imaginary Time Evolution (QITE) algorithm, establishing a general framework for hybrid discrete-continuous quantum simulations of lattice gauge theories.
- Abstract（参考訳）: 2+1次元の量子電磁力学をシミュレーションするためのハイブリッド量子モードフレームワークを開発した。
このアプローチでは、フェルミオン性物質場は量子ビットで表され、U(1)ゲージ場は正準二次体が理論の電気的およびベクトル的ポテンシャル成分を捉える連続可変ボソニックモードで符号化される。
クアモッドの非コンパクト位相空間をコンパクトなU(1)ゲージ対称性と整合させるため、2つの相補的制約強化戦略を導入比較する。
一 内積の効果的な改質により、単位円にクモド状態を閉じ込めるスクイーズベースの射影
(ii) ペナルティハミルトニアン項を介して動的にコンパクト性を強制する方法。
我々は、対応するハイブリッドハミルトニアンを構築し、その分解を実験的にアクセス可能なキュービット・クモッドゲートに導出し、分析可能な単一プラケット極限でそのスペクトルを分析する。
ハイブリッドの定式化は正しいゲージ不変力学を再現し、短期のハイブリッド量子アーキテクチャ上のフェルミオン性物質と結合したアベリア格子ゲージ理論をシミュレートするためのスケーラブルな経路を提供する。
基底状態の準備と収束は量子Imaginary Time Evolution (QITE)アルゴリズムの連続変数拡張を用いて実証され、格子ゲージ理論のハイブリッド離散連続量子シミュレーションのための一般的な枠組みが確立された。
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