晶格规范理论量子计算机上观察到夸克散射

散射实验是高能物理学（HEP）的核心，瓦解物质的基本组成，探索其形成，并深入揭示自然本质的工作方式。在当前巨大的驱动力下，量子计算机正被塑造成能够捕捉远离平衡 HEP 动力学的补充场所，目标是利用这些设备进行散射实验。本领域的一个主要障碍是访问在碰撞后动态的硬件开销，同时实现底层规范对称。在本文中，我们报告了在\texttt{IBM}的\texttt{ibm\_marrakesh}量子计算机上进行的晶格规范理论（LGT）散射模拟的首次实现。具体而言，我们量子模拟了电子-正电子以及介子在代表 $1+1$D 量子电动力学（QED）的 $\mathrm{U}(1)$ LGT中的碰撞动力学，发现了我们可以通过拓扑 $\Theta$ 项和费米子质量精确调控的丰富碰撞后动力学。通过监控散射过程的时间演化，我们能够区分碰撞后两种主要的动力学 regime。第一种以$\Theta$项较弱时粒子的去局域化为特征，而第二种则在$\Theta$项非平凡时表现为局域化粒子，具有清晰的特征。此外，我们表明通过在碰撞点 quench 到小质量，可实现非弹性散射，产生大量类似量子多体束缚的物质。我们的工作为利用量子计算机探讨 HEP 碰撞的实时量子动力学提供了重要的进展。