論文の概要: Gauge Symmetry in Quantum Simulation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.22932v1
• Date: Sun, 28 Dec 2025 13:56:38 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-30 22:37:30.287797
• Title: Gauge Symmetry in Quantum Simulation
• Title（参考訳）: 量子シミュレーションにおけるゲージ対称性
• Authors: Masanori Hanada, Shunji Matsuura, Andreas Schafer, Jinzhao Sun,
• Abstract要約: 任意の量子シミュレーション手法に適用可能なゲージ対称性を扱うための普遍原理を示す。 我々は,非シングルレットアプローチが,波のパケットや弦の励起を通じてゲージ不変な観測値が得られることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0874967598360817
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum simulation of non-Abelian gauge theories requires careful handling of gauge redundancy. We address this challenge by presenting universal principles for treating gauge symmetry that apply to any quantum simulation approach, clarifying that physical states need not be represented solely by gauge singlets. Both singlet and non-singlet representations are valid, with distinct practical trade-offs, which we elucidate using analogies to BRST quantization. We demonstrate these principles within a complete quantum simulation framework based on the orbifold lattice, which enables explicit and efficient circuit constructions relevant to real-world QCD. For singlet-based approaches, we introduce a Haar-averaging projection implemented via linear combinations of unitaries, and analyze its cost and truncation errors. Beyond the singlet-approach, we show how non-singlet approaches can yield gauge-invariant observables through wave packets and string excitations. This non-singlet approach is proven to be both universal and efficient. Working in temporal gauge, we provide explicit mappings of lattice Yang-Mills dynamics to Pauli-string Hamiltonians suitable for Trotterization. Classical simulations of small systems validate convergence criteria and quantify truncation and Trotter errors, showing concrete resource estimates and scalable circuit recipes for SU($N$) gauge theories. Our framework provides both conceptual clarity and practical tools toward quantum advantage in simulating non-Abelian gauge theories.
• Abstract（参考訳）: 非アベリアゲージ理論の量子シミュレーションでは、ゲージの冗長性を慎重に扱う必要がある。 この課題に対処するために、任意の量子シミュレーションアプローチに適用可能なゲージ対称性を扱う普遍的な原理を提示し、物理的状態がゲージ一重項のみによって表現される必要はないことを明記する。 単項表現と非単項表現はどちらも有効であり、BRST量子化の類似を用いて解法する。 実世界のQCDに関連する明示的で効率的な回路構築を可能にするオービフォールド格子に基づく完全な量子シミュレーションフレームワーク内でこれらの原理を実証する。 一重項に基づくアプローチでは、ユニタリの線形結合によって実装されたHaar-averagingプロジェクションを導入し、そのコストとトランケーションエラーを分析する。 シングルト・アパッチの他に、非シングルレット・アプローチは、波のパケットや弦の励起を通じてゲージ不変の観測可能値が得られることを示す。 この非特異なアプローチは普遍的かつ効率的であることが証明されている。 時間ゲージで作業することで、格子ヤン・ミルズ力学をトロタライゼーションに適したパウリ弦ハミルトニアンに明示的にマッピングする。 小システムの古典的なシミュレーションは収束基準を検証し、トラルンケーションとトロッターの誤差を定量化し、SU($N$)ゲージ理論の具体的な資源推定とスケーラブルな回路レシピを示す。 我々のフレームワークは、非アベリアゲージ理論をシミュレートする際の量子優位性に対する概念的明快さと実践的ツールの両方を提供する。

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