Scattering wave packets of hadrons in gauge theories: Preparation on a quantum computer
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Notice bibliographique
Résumé
Quantum simulation holds promise of enabling a complete description of high-energy scattering processes rooted in gauge theories of the Standard Model. A first step in such simulations is preparation of interacting hadronic wave packets. To create the wave packets, one typically resorts to adiabatic evolution to bridge between wave packets in the free theory and those in the interacting theory, rendering the simulation resource intensive. In this work, we construct a wave-packet creation operator directly in the interacting theory to circumvent adiabatic evolution, taking advantage of resource-efficient schemes for ground-state preparation, such as variational quantum eigensolvers. By means of an ansatz for bound mesonic excitations in confining gauge theories, which is subsequently optimized using classical or quantum methods, we show that interacting mesonic wave packets can be created efficiently and accurately using digital quantum algorithms that we develop. Specifically, we obtain high-fidelity mesonic wave packets in the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> lattice gauge theories coupled to fermionic matter in 1+1 dimensions. Our method is applicable to both perturbative and non-perturbative regimes of couplings. The wave-packet creation circuit for the case of the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math> lattice gauge theory is built and implemented on the Quantinuum <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mml:mtext mathvariant="monospace">H1-1</mml:mtext></mml:mrow></mml:math> trapped-ion quantum computer using 13 qubits and up to 308 entangling gates. The fidelities agree well with classical benchmark calculations after employing a simple symmetry-based noise-mitigation technique. This work serves as a step toward quantum computing scattering processes in quantum chromodynamics.
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Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle