論文の概要: The HALO Engine: $\mathcal{O}(1)$-Step Compilation and Localized String Rupture for Lattice Gauge Theories on Quantum Hardware
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.19243v1
- Date: Fri, 14 Aug 2026 13:07:47 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-08-21 20:28:51.348974
- Title: The HALO Engine: $\mathcal{O}(1)$-Step Compilation and Localized String Rupture for Lattice Gauge Theories on Quantum Hardware
- Title（参考訳）: HALOエンジン:$\mathcal{O}(1)$-Step Compilation and Localized String Rupture for Lattice Gauge Theories on Quantum Hardware
- Abstract要約: 本稿では,Hardware-Aware Lattice Optimization (HALO)コンパイラを紹介する。
我々は16ビットの超伝導トランスモンプロセッサ上で,L=15$中間子弦の非摂動ダイナミクスを実行する。
メソスコピック格子の動的位相図をマッピングし、有効閉じ込め位相境界を正確に$g_c = 1.0$とする。
- 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 lattice gauge theories (LGTs) represents a challenge for near-term quantum computing. Standard digital simulations rely on Trotterization schemes where circuit depth scales proportionally with lattice size, inevitably colliding with the coherence limits of noisy intermediate-scale quantum (NISQ) hardware. To deal with this depth-scaling bottleneck, we introduce the Hardware-Aware Lattice Optimization (HALO) compiler, an architecture that executes global time-evolution steps in an immutable $\mathcal{O}(1)$ circuit depth per Trotter step. Leveraging this framework, we elevate the digital simulation of the Quantum Link Model (QLM) truncation of the Schwinger model to the mesoscopic scale, utilizing a composite multi-qubit gauge link representation to support non-trivial electric field dynamics. We initialize and execute the non-perturbative dynamics of a heavily stretched $L=15$ meson string on a 16-qubit superconducting transmon processor. By coupling the $\mathcal{O}(1)$ compilation with Zero-Noise Extrapolation (ZNE), we suppress physical hardware decoherence to extract the precise dynamical crossover of localized pair creation, identifying the topological transition at $t \approx 0.790$ lattice units with an $18.3 \pm 2.2\%$ rupture probability. Furthermore, we empirically map the dynamical phase diagram of the mesoscopic lattice, pinpointing the effective confinement phase boundary at precisely $g_c = 1.0$. Finally, we extend the mathematical principles of the HALO engine to higher dimensions, presenting a scalable, constant-depth 2D unit-cell blueprint that eliminates the routing overhead of magnetic plaquettes, paving a direct algorithmic pathway toward the fault-tolerant simulation of two-dimensional Quantum Chromodynamics (QCD).
- Abstract（参考訳）: 格子ゲージ理論(LGT)のリアルタイム力学をシミュレーションすることは、短期量子コンピューティングの課題である。
標準的なディジタルシミュレーションは、回路深さが格子サイズに比例してスケールするトロッタライズ方式に依存しており、ノイズの多い中間スケール量子(NISQ)ハードウェアのコヒーレンス限界と必然的に衝突する。
ハードウェア・アウェア・格子最適化(HALO)コンパイラは,グローバルな時間進化ステップを不変の$\mathcal{O}(1)$サーキット深さで実行するアーキテクチャである。
このフレームワークを活用することで、Schwingerモデルの量子リンクモデル(QLM)のデジタルシミュレーションをメソスコピックスケールに高め、複合マルチキュービットゲージリンク表現を用いて非自明な電場力学をサポートする。
16キュービットの超伝導トランスモンプロセッサ上で,L=15$中間子弦の非摂動力学を初期化し,実行した。
ZNE(Zero-Noise Extrapolation)に$\mathcal{O}(1)$コンパイルを結合することにより、物理的ハードウェアのデコヒーレンスを抑え、局所化されたペア生成の正確な動的交叉を抽出し、$t \approx 0.790$格子単位の位相遷移を18.3 \pm 2.2\%$破断確率で特定する。
さらに、メソスコピック格子の動的位相図を経験的にマッピングし、有効閉じ込め位相境界を正確に$g_c = 1.0$とする。
最後に、HALOエンジンの数学的原理を高次元に拡張し、2次元量子クロモダイナミックス(QCD)のフォールトトレラントシミュレーション(英語版)に向けて直接アルゴリズム経路を組むことにより、磁気プラケットのルーティングオーバーヘッドを解消するスケーラブルな2次元単位セルブループリントを提示する。
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