Fermion-Qudit-Quantenprozessoren zur Simulation von Gittereichtheorien mit Materie

Neuauflage von Plato

Verfolger: 0

Torsten V. Zache^1,2,3, Daniel González-Cuadra^1,2,3, und Peter Zoller^1,2

¹Institut für Theoretische Physik, Universität Innsbruck, 6020 Innsbruck, Österreich
²Institut für Quantenoptik und Quanteninformation der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, 6020 Innsbruck, Österreich
³Diese Autoren haben gleichermaßen zu dieser Arbeit beigetragen.

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Abstrakt

Die Simulation der Echtzeitdynamik von Gittereichtheorien, die dem Standardmodell der Teilchenphysik zugrunde liegen, ist ein bekanntermaßen schwieriges Problem, bei dem Quantensimulatoren einen praktischen Vorteil gegenüber klassischen Ansätzen bieten können. In dieser Arbeit präsentieren wir eine vollständige Rydberg-basierte Architektur, die mitentworfen wurde, um die Dynamik allgemeiner Eichtheorien, die an Materiefelder gekoppelt sind, auf hardwareeffiziente Weise digital zu simulieren. Ref. [1] zeigte, wie ein Qudit-Prozessor, bei dem nicht-abelsche Eichfelder lokal codiert und zeitlich weiterentwickelt werden, die erforderlichen Simulationsressourcen im Vergleich zu Standard-Qubit-basierten Quantencomputern erheblich reduziert. Hier integrieren wir Letzteres mit einem kürzlich vorgestellten fermionischen Quantenprozessor [2], bei dem die fermionische Statistik auf Hardwareebene berücksichtigt wird, was es uns ermöglicht, Quantenschaltkreise zu konstruieren, die die Lokalität der Eich-Materie-Wechselwirkungen bewahren. Wir veranschaulichen die Flexibilität eines solchen Fermion-Qudit-Prozessors, indem wir uns auf zwei paradigmatische Hochenergiephänomene konzentrieren. Zunächst stellen wir ein ressourceneffizientes Protokoll zur Simulation des Abelian-Higgs-Modells vor, mit dem die Dynamik von Einschluss und Saitenbruch untersucht werden kann. Anschließend zeigen wir, wie man Hadronen herstellt, die aus fermionischen Materiebestandteilen bestehen, die durch nichtabelsche Eichfelder gebunden sind, und wie man den entsprechenden hadronischen Tensor extrahiert. In beiden Fällen schätzen wir die benötigten Ressourcen ab und zeigen, wie Quantengeräte zur Berechnung experimentell relevanter Größen in der Teilchenphysik eingesetzt werden können.

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► BibTeX-Daten

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arXiv: 2304.02527

Zitiert von

[1] Alberto Di Meglio, Karl Jansen, Ivano Tavernelli, Constantia Alexandrou, Srinivasan Arunachalam, Christian W. Bauer, Kerstin Borras, Stefano Carrazza, Arianna Crippa, Vincent Croft, Roland de Putter, Andrea Delgado, Vedran Dunjko, Daniel J. Egger , Elias Fernandez-Combarro, Elina Fuchs, Lena Funcke, Daniel Gonzalez-Cuadra, Michele Grossi, Jad C. Halimeh, Zoe Holmes, Stefan Kuhn, Denis Lacroix, Randy Lewis, Donatella Lucchesi, Miriam Lucio Martinez, Federico Meloni, Antonio Mezzacapo, Simone Montangero, Lento Nagano, Voica Radescu, Enrique Rico Ortega, Alessandro Roggero, Julian Schuhmacher, Joao Seixas, Pietro Silvi, Panagiotis Spentzouris, Francesco Tacchino, Kristan Temme, Koji Terashi, Jordi Tura, Cenk Tuysuz, Sofia Vallecorsa, Uwe-Jens Wiese , Shinjae Yoo und Jinglei Zhang, „Quantencomputing für die Hochenergiephysik: Stand der Technik und Herausforderungen. Zusammenfassung der QC4HEP-Arbeitsgruppe“, arXiv: 2307.03236, (2023).

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[5] Marc Illa, Caroline E. P. Robin und Martin J. Savage, „Quantum Simulations of SO(5) Many-Fermion Systems using Qudits“, arXiv: 2305.11941, (2023).

[6] D. González-Cuadra, D. Bluvstein, M. Kalinowski, R. Kaubruegger, N. Maskara, P. Naldesi, T. V. Zache, A. M. Kaufman, M. D. Lukin, H. Pichler, B. Vermersch, Jun Ye und P. Zoller, „Fermionische Quantenverarbeitung mit programmierbaren Neutralatomarrays“, Proceedings of the National Academy of Science 120 35, e2304294120 (2023).

[7] Jacob Bringewatt, Jonathan Kunjummen und Niklas Mueller, „Randomisierte Messprotokolle für Gittermesstheorien“, arXiv: 2303.15519, (2023).

[8] Urban F. P. Seifert und Sergej Moroz, „Wegner’s Ising Gauge Spins versus Kitaev’s Majorana Partons: Mapping and Application to Anisotrop Confinement in Spin-Orbital Liquids“, arXiv: 2306.09405, (2023).

[9] Anthony N. Ciavarella, „Quantensimulation der Gitter-QCD mit verbesserten Hamiltonianern“, arXiv: 2307.05593, (2023).

[10] Pavel P. Popov, Michael Meth, Maciej Lewenstein, Philipp Hauke, Martin Ringbauer, Erez Zohar und Valentin Kasper, „Variationsquantensimulation von U(1)-Gittermesstheorien mit Qudit-Systemen“, arXiv: 2307.15173, (2023).

Die obigen Zitate stammen von SAO / NASA ADS (Zuletzt erfolgreich aktualisiert am 2023, 10:18:13 Uhr). Die Liste ist möglicherweise unvollständig, da nicht alle Verlage geeignete und vollständige Zitationsdaten bereitstellen.

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