論文の概要: Observation of glueball excitations and string breaking in a $2+1$D $\mathbb{Z}_2$ lattice gauge theory on a trapped-ion quantum computer
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.07435v1
- Date: Wed, 08 Apr 2026 18:00:00 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-04-10 18:34:05.479934
- Title: Observation of glueball excitations and string breaking in a $2+1$D $\mathbb{Z}_2$ lattice gauge theory on a trapped-ion quantum computer
- Title（参考訳）: 閉じ込められたイオン量子コンピュータ上の2+1D$\mathbb{Z}_2$格子ゲージ理論におけるグルーボール励起と弦の破れの観測
- Authors: Kaidi Xu, Umberto Borla, Kevin Hemery, Rohan Joshi, Henrik Dreyer, Enrico Rinaldi, Jad C. Halimeh,
- Abstract要約: 高エネルギー物理学の量子シミュレーションの大きな目標は、リアルタイムの非摂動的非平衡量子過程を探索することである。
ここでは、2+1$Dの格子ゲージ理論と、閉じ込められたイオン量子コンピュータ上での調整可能なプラケット項を実現する。
文字列のスナップショットで示されるように,本システムは真の2+1$Dのダイナミックスを表示するが,これは1+1$D物理に簡単にマッピングできない。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 15.321399517462616
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: A major goal of the quantum simulation of high-energy physics (HEP) is to probe real-time nonperturbative far-from-equilibrium quantum processes underlying phenomena such as hadronization in quantum chromodynamics (QCD). The quantum simulation of the dynamics of confining strings and glueballs, both essential aspects of quark confinement, in a controllable first-principles way is an important step towards this goal. Here, we realize a $\mathbb{Z}_2$ lattice gauge theory in $2+1$D with a tunable plaquette term on a \texttt{Quantinuum System Model H2} trapped-ion quantum computer. We implement a shallow depth-6 Trotter circuit on a $6 \times 5$ matter-site square lattice utilizing all $56$ available qubits to execute over $1000$ entangling gates. We prepare far-from-equilibrium initial string configurations that we quench across a range of parameters to observe rich dynamical phenomena, such as the formation of gauge-invariant closed-loop excitations reminiscent of glueballs in QCD and multi-order string breaking accompanied by spontaneous matter creation. We further demonstrate experimentally that the system displays genuine $2+1$D dynamics, as evidenced by string snapshots over time that cannot be trivially mapped to $1+1$D physics. Our results demonstrate digital quantum simulations of nonequilibrium dynamics in a higher-dimensional lattice gauge theory and provide an experimentally accessible setting for phenomena related to confinement physics.
- Abstract（参考訳）: 高エネルギー物理学(HEP)の量子シミュレーションの主目的は、量子色力学(QCD)におけるハドロン化(英語版)のような現象を基礎とした、リアルタイムな非摂動的な非平衡量子過程を探索することである。
量子シミュレーションは、クォーク閉じ込めの本質的な側面である弦とグルーボールの力学を、制御可能な第一原理の方法で行うことが、この目標に向けた重要なステップである。
ここで、$\mathbb{Z}_2$ grid gauge theory in $2+1$D with a tunable plaquette term on a \texttt{Quantinuum System Model H2} trapped-ion quantum computer。
使用可能な560ドルの量子ビットを全て利用して、1000ドル以上のエンタングリングゲートを実行する6ドル以上の時間、5ドル分の物質サイト正方格子上に、浅い深さ6トラッター回路を実装した。
我々は,QCDにおけるグルーボールを連想させるゲージ不変閉ループ励起の形成や,自発的な物質生成を伴う多階弦の破断といった,リッチな力学現象を観測するために,様々なパラメータにまたがる遠方からの初期弦構成を作成する。
さらに,本システムは実効2+1$Dのダイナミックスを表示することを実験的に実証し,時間とともにストリングスナップショットによって証明された1+1$D物理に自明にマッピングできないことを実証した。
本研究は,高次元格子ゲージ理論における非平衡力学のディジタル量子シミュレーションを実証し,閉じ込め物理に関する現象に対する実験的にアクセス可能な設定を提供する。
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