面向最新量子设备的 SU(3) 量子场论仿真技术发展

量子计算长期以来一直是一种具有潜在在经典设备上难以大规模模拟的现象的实验技术。然而，近几年已进入 NISQ 时代，虽然量子比特数量足以实现优势，但硬件上的显著噪声阻碍了这一成就。本论文详细阐述了针对 NISQ 设备的改进技术，用于模拟晶格量子色动力学（LQCD）和密集 3 味中子系统在数字量子设备上的非平衡实时动力学。涉及 LQCD 的第一个项目是比较实现变分量子本征器 (VQE) 方法，用于初始化 SU(3) 方块链的基态。随后，论文转向一个 1+1 维的晶格夸克与 SU(3) 规范场相互作用的系统。设计并应用了用于模拟贝塔衰变和中子无双贝塔衰变的 VQE 基态准备和 Trotter 化时间演化电路。最后，这些电路被改编为可在量子设备上实现的最近邻连通性版本，最小化开销，目的是利用此类设备的更高比特数来处理夸克动力学和散射。本论文涵盖两个项目，涉及密集 3 味中子系统。第一个项目详细描述了在最新量子设备上构建和测试 Trotter 化时间演化电路的设计。第二个项目受《Gottesman-Knill 定理》的启发，后者指出偏离稳定器态（“魔术”）是问题 exhibits 量子优势的必要条件，详述了具有最高持久魔术的 3 味中子系统的结果，这些系统的初始状态是所有 3 味中子。