論文の概要: State preparation and detection for quantum simulation of particle collisions

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.26142v1
• Date: Tue, 28 Jul 2026 18:00:04 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-07-30 21:06:25.441024
• Title: State preparation and detection for quantum simulation of particle collisions
• Title（参考訳）: 粒子衝突の量子シミュレーションのための状態準備と検出
• Authors: Federica Maria Surace, Sary Bseiso, John Preskill,
• Abstract要約: 本稿では,プログラム可能なアナログおよびディジタル量子シミュレーションプラットフォーム上での課題に対処するプロトコルを提案する。 我々の状態準備スキームは、弱い結合した補助量子ビットを用いて、よく定義された運動量を持つ1つの準粒子を注入する。 散乱生成物のモータは、系の境界で粒子が反射されたときに生じる干渉パターンから局所的な測定のみを用いて抽出される。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Simulating the real-time dynamics of particle collisions is a promising application of quantum simulators, because classical methods such as tensor networks struggle to capture the highly entangled states generated in high-energy scattering. Realizing such simulations requires both the preparation of incoming wave packets and the detection of the outgoing scattering products. In this work, we propose protocols that address both challenges on programmable analog and digital quantum simulation platforms. Our state-preparation scheme uses a weakly coupled auxiliary qubit - or, more generally, a customized local quench - to inject a single quasiparticle with well-defined momentum. Because it relies only on conservation of energy, this scheme requires no fine-tuning or prior knowledge about particle eigenstates, making it robust against errors in calibration and implementation. The momenta of scattering products are then extracted, using only local measurements, from the interference pattern that arises when particles are reflected at the system's boundary. We validate our protocols through numerical simulations, first in a simple single-particle model and subsequently in two interacting many-body systems: a Rydberg atom chain and an Ising chain in a mixed field. We demonstrate how high-energy regimes, necessary to access inelastic scattering processes, can be reached through an adiabatic ramp, and how the wave packet shape can be optimized by spatially modulating the Hamiltonian. Finally, we show how the protocol can be generalized to systems with more than one spatial dimension. Our proposal provides a versatile approach to the quantum simulation of scattering phenomena, and is compatible with several quantum simulation platforms that are already experimentally available.
• Abstract（参考訳）: 粒子衝突のリアルタイムダイナミクスをシミュレーションすることは量子シミュレータの有望な応用である。 このようなシミュレーションを実現するには、入射波パケットの準備と、発散する散乱生成物の検出の両方が必要である。 本研究では,プログラム可能なアナログとディジタル量子シミュレーションプラットフォームにおける課題に対処するプロトコルを提案する。 我々の状態準備スキームは、弱い結合した補助量子ビット(またはより一般的には、カスタマイズされた局所クエンチ)を使用して、よく定義された運動量を持つ1つの準粒子を注入する。 エネルギーの保存にのみ依存するため、このスキームは粒子固有状態に関する微調整や事前の知識を必要としないため、校正や実装の誤りに対して堅牢である。 散乱生成物のモータは、系の境界で粒子が反射されたときに生じる干渉パターンから局所的な測定のみを用いて抽出される。 我々は,まず単純な単一粒子モデルで,次いでRydberg原子鎖とIsing鎖の混合場における相互作用する2つの多体系で,我々のプロトコルを数値シミュレーションにより検証する。 本研究では,非弾性散乱過程にアクセスするために必要な高エネルギー状態が,断熱ランプを介して到達可能であること,およびハミルトニアンを空間的に調節することで,ウェーブパケットの形状をいかに最適化できるかを示す。 最後に,複数の空間次元を持つシステムにプロトコルを一般化する方法を示す。 提案手法は散乱現象の量子シミュレーションに汎用的なアプローチを提供し,すでに実験可能ないくつかの量子シミュレーションプラットフォームと互換性がある。

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