論文の概要: A Framework for Quantum Simulations of Energy-Loss and Hadronization in Non-Abelian Gauge Theories: SU(2) Lattice Gauge Theory in 1+1D
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.05210v1
- Date: Thu, 04 Dec 2025 19:31:09 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-12-13 22:40:56.788925
- Title: A Framework for Quantum Simulations of Energy-Loss and Hadronization in Non-Abelian Gauge Theories: SU(2) Lattice Gauge Theory in 1+1D
- Title（参考訳）: 非アベリアゲージ理論におけるエネルギー損失とハドロン化の量子シミュレーションのための枠組み: SU(2) 1+1Dにおける格子ゲージ理論
- Authors: Zhiyao Li, Marc Illa, Martin J. Savage,
- Abstract要約: 軽クォークの1+1D SU(2)格子上を移動する重クォークに対して,エネルギー損失とハドロン化のシミュレーションを行うための枠組みを適用した。
この枠組みは、量子色力学のSU(3)を含む他の非アベリア群に一般化される。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.1706754930853664
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Simulations of energy loss and hadronization are essential for understanding a range of phenomena in non-equilibrium strongly-interacting matter. We establish a framework for performing such simulations on a quantum computer and apply it to a heavy quark moving across a modest-sized 1+1D SU(2) lattice of light quarks. Conceptual advances with regard to simulations of non-Abelian versus Abelian theories are developed, allowing for the evolution of the energy in light quarks, of their local non-Abelian charge densities, and of their multi-partite entanglement to be computed. The non-trivial action of non-Abelian charge operators on arbitrary states suggests mapping the heavy quarks to qubits alongside the light quarks, and limits the heavy-quark motion to discrete steps among spatial lattice sites. Further, the color entanglement among the heavy quarks and light quarks is implemented using hadronic operators, and Domain Decomposition is shown to be effective in quantum state preparation. Scalable quantum circuits that account for the heterogeneity of non-Abelian charge sectors across the lattice are used to prepare the interacting ground-state wavefunction in the presence of heavy quarks. The discrete motion of heavy quarks between adjacent spatial sites is implemented using fermionic SWAP operations. Quantum simulations of the dynamics of a system on $L=3$ spatial sites are performed using IBM's ${\tt ibm\_pittsburgh}$ quantum computer using 18 qubits, for which the circuits for state preparation, motion, and one second-order Trotter step of time evolution have a two-qubit depth of 398. A suite of error mitigation techniques are used to extract the observables from the simulations, providing results that are in good agreement with classical simulations. The framework presented here generalizes straightforwardly to other non-Abelian groups, including SU(3) for quantum chromodynamics.
- Abstract（参考訳）: エネルギー損失とハドロン化のシミュレーションは、非平衡の強い相互作用物質における様々な現象を理解するのに不可欠である。
我々は、量子コンピュータ上でそのようなシミュレーションを行うための枠組みを確立し、それを光クォークの1+1D SU(2)格子の上を移動する重いクォークに適用する。
非アベリア理論とアベリア理論のシミュレーションに関する概念的な進歩が発展し、軽クォークのエネルギーの進化、局所的な非アベリア電荷密度、そしてその多粒子絡みの計算が可能となった。
任意の状態における非アベリア電荷作用素の非自明な作用は、重クォークを光クォークと共にクォークにマッピングし、重クォーク運動を空間格子サイト間の離散的なステップに制限することを示唆する。
さらに、重クォークと軽クォーク間の色絡みはハドロン演算子を用いて実装され、ドメイン分解は量子状態の準備に有効であることが示されている。
格子上の非アベリア電荷セクターの不均一性を考慮したスケーラブル量子回路は、重クォークの存在下で相互作用する基底状態波動関数を作成するために用いられる。
隣り合う空間部位間の重クォークの離散運動は、フェルミオンSWAP演算を用いて実現される。
IBMの${\tt ibm\_pittsburgh}$ Quantum computer using 18 qubits, which the circuits for state prepared, motion, and one second-order Trotter step of time evolution have a two-qubit depth of 398。
シミュレーションから観測対象を抽出するために一連の誤差軽減手法が使用され、古典的なシミュレーションとよく一致した結果が得られる。
ここで提示されるフレームワークは、量子色力学のSU(3)を含む他の非アベリア群に直接一般化する。
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