論文の概要: Dynamic Induction of Lattice Gauge Theories on a Quantum Computer
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.02756v1
- Date: Mon, 03 Aug 2026 18:02:42 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-08-05 15:30:22.9131
- Title: Dynamic Induction of Lattice Gauge Theories on a Quantum Computer
- Title（参考訳）: 量子コンピュータ上での格子ゲージ理論の動的誘導
- Abstract要約: ガウスの法則は、ゲージ理論自体をハミルトニアンから生成するために用いられる。
このアプローチは、156量子ビットのIBM量子プロセッサ上で101量子ビットを用いて実装する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.37716268179118945
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Gauge invariance is central to modern physics and underpins quantum simulations of lattice gauge theories (LGTs). Existing quantum simulation approaches employ Gauss's law either to energetically suppress gauge-violating processes in analog platforms or to detect and discard gauge-violating outcomes in digital devices. Here we introduce a third paradigm, in which Gauss's law is used to dynamically generate the gauge theory itself from a substantially simpler Hamiltonian. Starting from a readily programmable three-body XXX model, we employ experimentally efficient single-qubit U(1) gauge symmetry-generator terms that induce the dynamics of a U(1) LGT. We implement this approach using 101 qubits on a 156-qubit IBM quantum processor and observe real-time dynamics in quantitative agreement with the target LGT while reducing the entangling-gate depth per Trotter step by a factor of five compared with a direct implementation. Our results establish gauge protection as a resource for Hamiltonian engineering rather than merely symmetry preservation, opening a scalable resource-efficient route towards digital quantum simulations of increasingly complex gauge theories in higher spatial dimensions.
- Abstract（参考訳）: ゲージ不変性は現代の物理学の中心であり、格子ゲージ理論(LGT)の量子シミュレーションの基盤となっている。
既存の量子シミュレーションアプローチでは、アナログプラットフォームにおけるゲージ違反プロセスのエネルギー的抑制や、デジタルデバイスにおけるゲージ違反結果の検出と破棄にガウスの法則を使用している。
ここでは、ガウスの法則を用いてゲージ理論自体をかなり単純なハミルトニアンから動的に生成する第三のパラダイムを紹介する。
容易にプログラム可能な3体XXXモデルから始めて、U(1) LGTの力学を誘導する実験効率のよい単一量子ビットU(1)ゲージ対称性生成項を用いる。
我々は、156量子ビットのIBM量子プロセッサ上で101量子ビットを用いてこのアプローチを実装し、ターゲットLGTと定量的に一致したリアルタイムダイナミクスを観測し、直接実装と比較してトロッターステップあたりのエンタングゲート深さを5倍に削減する。
この結果は、単に対称性の保存ではなく、ハミルトン工学の資源としてゲージ保護を確立し、より高次元の複雑なゲージ理論のデジタル量子シミュレーションへのスケーラブルなリソース効率の道を開く。
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