論文の概要: Observation of genuine $2+1$D string dynamics in a U$(1)$ lattice gauge theory with a tunable plaquette term on a trapped-ion quantum computer
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.07436v1
- 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 18:34:05.480963
- Title: Observation of genuine $2+1$D string dynamics in a U$(1)$ lattice gauge theory with a tunable plaquette term on a trapped-ion quantum computer
- Title（参考訳）: 量子コンピュータ上の可変プラケット項を持つU$(1)$格子ゲージ理論における真の2+1$D弦のダイナミクスの観察
- Authors: Rohan Joshi, Yizhuo Tian, Kevin Hemery, N. S. Srivatsa, Jesse J. Osborne, Henrik Dreyer, Enrico Rinaldi, Jad C. Halimeh,
- Abstract要約: プラケット項はゲージ場にダイナミクスを付与し、光子様励起の伝播を可能にする。
我々は,現在報告されている弦破り力学の最大量子シミュレーションを,5倍の4$の物質サイト正方格子上に実装した。
実験により, 2次元の動的ゲージ場の出現を実測し, 弦の破れを実験的に確認した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.6143411099272564
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum simulations of high-energy physics in $2+1$D can probe dynamical phenomena nonexistent in one spatial dimension and access regimes that are challenging for existing classical simulation methods. For string dynamics -- relevant to hadronization -- a plaquette term is required to realize genuine $2+1$D behavior, as it endows the gauge field with dynamics and enables the propagation of photon-like excitations. Here, we realize a U$(1)$ quantum link model of quantum electrodynamics in two spatial dimensions with a tunable plaquette term on a \texttt{Quantinuum System Model H2} quantum computer. We implement, to our knowledge, the largest quantum simulation of string-breaking dynamics reported to date, on a $5 \times 4$ matter-site square lattice using $51$ qubits. The simulation uses a shallow circuit design with a two-qubit gate depth of $28$ per Trotter step and up to $1540$ entangling gates. Starting from far-from-equilibrium string configurations, we measure the probability for the string to propagate within the lattice plane and find signatures of genuine $2+1$D dynamics only when the plaquette term is present. In a resonant regime, we observe the annihilation of string segments accompanied by the production of electron--positron pairs that screen them. We further find that, only with a nonzero plaquette term, matter creation extends across the lattice plane rather than remaining confined to the initial string path. These results experimentally realize string breaking and demonstrate the emergence of dynamical gauge fields in two spatial dimensions, establishing a route to photon-like propagation in programmable quantum simulators of gauge theories.
- Abstract（参考訳）: 2+1$Dの高エネルギー物理学の量子シミュレーションは、1つの空間次元に存在しない動的現象を探索し、既存の古典的なシミュレーション手法では困難なアクセスレシエーションを探索することができる。
弦力学 -- ハドロン化に関連する -- は、ゲージ場にダイナミクスを付与し、光子様励起の伝播を可能にするため、真の2+1$Dの振る舞いを実現するために、プラケット項が必要である。
ここでは,2次元の量子電磁力学のU$(1)の量子リンクモデルを実現する。
我々は、これまでに報告された弦破りの力学の最大の量子シミュレーションを、5,11ドルキュービットを使った5,100ドル(約5,500円)の物質サイト正方格子で実装した。
シミュレーションでは、2キュービットのゲート深さが28ドル(約2万2000円)、エンタングリングゲートが1540ドル(約1万5000円)という浅い回路設計を採用している。
遠方から平衡な弦の配置から始めて、格子面内で弦が伝播する確率を測定し、プラケット項が存在する場合にのみ、真に2+1$Dのダイナミックスのシグネチャを見つける。
共振系では、電子-陽電子対の生成に伴う弦セグメントの消滅を観察する。
さらに、非ゼロプラケット項のみの場合、物質の生成は、初期弦経路に留まらず格子面を越えて広がることが分かる。
これらの結果は、2つの空間次元における動的ゲージ場の出現を実験的に実現し、ゲージ理論のプログラム可能な量子シミュレータにおける光子様伝播の経路を確立した。
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