利用W态进行量子场论散射的数字量子模拟

高能粒子碰撞可通过新粒子的非弹性产生将能量转化为物质。量子计算机是模拟碰撞的非平衡动力学及随后多粒子态形成的理想平台。本工作利用IBM量子计算机，在一维伊辛场论中观察到了非弹性粒子产生的证据。散射实验在ibm_marrakesh的104个量子比特上执行，使用了多达5589个双量子比特门来获取碰撞后的动力学。通过测量能量密度的偏度，识别出碰撞中产生的一个出射重粒子。此计算的核心是一种用于准备量子场论散射模拟初始态（波包）的新型量子算法。该方法通过扩展近期利用线路中测量和前馈创建W态的协议，高效地准备了波包。所需的线路深度与波包大小和空间维度无关，相较于先前方法实现了超指数级的改进。我们的波包准备算法可应用于广泛的格点模型，并在一维伊辛场论、标量场论、施温格模型和二维伊辛场论中得到了演示。