論文の概要: Simulating Fully Gauge-Fixed SU(2) Hamiltonian Dynamics on Digital Quantum Computers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.22782v1
- Date: Sun, 28 Dec 2025 04:56:25 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-12-30 22:37:30.221558
- Title: Simulating Fully Gauge-Fixed SU(2) Hamiltonian Dynamics on Digital Quantum Computers
- Title（参考訳）: 量子コンピュータにおけるフルゲージ配置SU(2)ハミルトニアンダイナミクスのシミュレーション
- Authors: Henry Froland, Dorota M. Grabowska, Zhiyao Li,
- Abstract要約: この研究は、最小の非自明な系の量子シミュレーションに焦点を当てている。
観測可能な天体の予測において、ミレ単位の精度に達するには、プラケット1個あたり3キュービット程度で十分であることが判明した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.0716269823733435
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum simulations of many-body systems offer novel methods for probing the dynamics of the Standard Model and its constituent gauge theories. Extracting low-energy predictions from such simulations rely on formulating systematically-improvable representations of lattice gauge theory Hamiltonians that are efficient at all values of the gauge coupling. One such candidate representation for SU(2) is the fully gauge-fixed Hamiltonian defined in the mixed basis. This work focuses on the quantum simulation of the smallest non-trivial system: two plaquettes with open boundary conditions. A mapping of the continuous gauge field degrees of freedom to qubit-based representations is developed. It is found that as few as three qubits per plaquette is sufficient to reach per-mille level precision on predictions for observables. Two distinct algorithms for implementing time evolution in the mixed basis are developed and analyzed in terms of quantum resource estimates. One algorithm has favorable scaling in circuit depth for large numbers of qubits, while the other is more practical when qubit count is limited. The latter algorithm is used in the measurement of a real-time observable on IBM's Heron superconducting quantum processor, ibm_fez. The quantum results match classical predictions at the percent-level. This work lays out a path forward for two- and three-dimensional simulations of larger systems, as well as demonstrating the viability of mixed-basis formulations for studying the properties of SU(2) gauge theories at all values of the gauge coupling.
- Abstract（参考訳）: 多体系の量子シミュレーションは、標準模型とその構成ゲージ理論の力学を探索するための新しい方法を提供する。
このようなシミュレーションから低エネルギーの予測を抽出することは、ゲージ結合のすべての値において効率的である格子ゲージ理論の体系的に改善可能な表現に頼っている。
SU(2) に対するそのような候補表現の一つは、混合基底で定義される完全ゲージ固定ハミルトニアンである。
この研究は、最小の非自明な系の量子シミュレーションに焦点を当てている。
連続ゲージ場自由度を量子ビットに基づく表現にマッピングする。
観測可能な天体の予測において、ミレ単位の精度に達するには、プラケット1個あたり3キュービット程度で十分であることが判明した。
混合基底で時間進化を実装するための2つの異なるアルゴリズムを開発し、量子資源推定の観点から分析した。
1つのアルゴリズムは、多数の量子ビットに対して回路深さのスケーリングが好ましいが、もう1つのアルゴリズムは、量子ビット数に制限がある場合により実用的なものである。
後者のアルゴリズムは、IBMの超伝導量子プロセッサ、ibm_fez上のリアルタイム観測可能な測定に使用される。
量子結果は古典的な予測とパーセンテージレベルで一致します。
この研究は、より大規模な系の2次元および3次元シミュレーションの道筋を描き、ゲージ結合の全ての値におけるSU(2)ゲージ理論の性質を研究するための混合基底定式化の可能性を実証する。
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