論文の概要: Protecting Quantum Simulations of Lattice Gauge Theories through Engineered Emergent Hierarchical Symmetries

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.11085v1
• Date: Mon, 13 Apr 2026 07:08:18 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-14 20:13:16.380047
• Title: Protecting Quantum Simulations of Lattice Gauge Theories through Engineered Emergent Hierarchical Symmetries
• Title（参考訳）: 工学的創発的階層的対称性による格子ゲージ理論の量子シミュレーション
• Authors: Zhanpeng Fu, Wei Zheng, Roderich Moessner, Marin Bukov, Hongzheng Zhao,
• Abstract要約: 我々は、粒子物理学、凝縮物質、量子情報に幅広い現象をもたらす格子ゲージ理論(LGT)に焦点を当てる。 現在の量子コンピューティングプラットフォームでは、ヒルベルト空間の所望のゲージセクターに対する完全な制限は到達範囲を超えている。 我々は,一連の創発的局所対称性が階層的に時間的かつ制御可能な方法で発生するような,対象セクターからの離脱を再構成するフロケットエンジニアリングフレームワークを開発する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.8630850782807313
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We present a strategy for the quantum simulation of many-body lattice models with constrained Hilbert spaces. We focus on lattice gauge theories (LGTs), which underlie a wide range of phenomena in particle physics, condensed matter, and quantum information. In present-day quantum computing platforms, perfect restrictions of the Hilbert space to the desired gauge sectors are beyond reach: for LGTs, violations of the local constraint are unavoidable, posing a formidable challenge for the emulation of the underlying physics. Here, we develop a Floquet-engineering framework that restructures departures from a target sector such that a series of emergent local symmetries occurs hierarchically in time and in a controllable way. This leads to a set of approximate dynamical selection rules that strongly restrict inter-sector couplings, resulting in a pronounced, symmetry-controlled hierarchy of lifetimes for the state population to spread among sectors. Concretely, this protects $U(1)$ LGTs against violations of the {defining} local symmetry. While some sectors remain very long-lived, others are destabilized on shorter timescales. We numerically verify our theory for the one-dimensional $U(1)$ quantum link model. In addition, we reveal that `defects', whose movement accounts for violations of the gauge constraint, are kinetically constrained, becoming mobile only through the assistance of intra-sector dynamics, which we describe using an effective quantum marble model. Our results can thus be used to extend the lifetime, in the spirit of passive error correction, of quantum simulations of complex many-body problems when emergent or desired local symmetries are only implemented approximately.
• Abstract（参考訳）: 制約のあるヒルベルト空間を持つ多体格子モデルの量子シミュレーションのための戦略を提案する。 我々は、粒子物理学、凝縮物質、量子情報に幅広い現象をもたらす格子ゲージ理論(LGT)に焦点を当てる。 現在の量子コンピューティングプラットフォームでは、ヒルベルト空間を所望のゲージセクターに完全に制限することは不可能である:LGTでは、局所的な制約の違反は避けられないものであり、基礎となる物理学のエミュレーションにとって恐ろしい挑戦である。 そこで我々は,一連の創発的局所対称性が階層的に,かつ制御可能な方法で発生するような,対象セクターからの離脱を再構成するフロケエンジニアリングフレームワークを開発する。 このことは、セクター間カップリングを強く制限する近似的な動的選択規則のセットをもたらし、その結果、州人口がセクター間に広がるためのライフタイムの顕著で対称性に制御された階層が生まれる。 具体的には、これは$U(1)$ LGTsを {defining} 局所対称性の違反から保護する。 一部のセクターは、非常に長寿命であるが、他のセクターはより短いタイムスケールで不安定化している。 1次元の$U(1)$量子リンクモデルに対する我々の理論を数値的に検証する。 さらに,ゲージ制約の違反を考慮に入れている「欠陥」が運動的に拘束されており,有効量子大理石モデルを用いて記述したセクタ内ダイナミクスの助けを借りてのみ移動可能となることを明らかにした。 この結果から,創発的あるいは所望の局所対称性がほぼ実装されている場合の複雑な多体問題の量子シミュレーションにおいて,受動的誤差補正の精神において,寿命を延ばすことができる。

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