少量子比特量子计算机上的格点规范理论实时动力学
量子物理
2016-06-28 v1 其他凝聚态物理
高能物理 - 格点
高能物理 - 理论
摘要
规范理论对于理解物质基本组分之间通过规范玻色子介导的相互作用至关重要。然而，计算规范理论中的实时动力学是经典计算方法臭名昭著的挑战。本着费曼的量子模拟器愿景，这最近刺激了理论努力，以设计在工程量子力学设备上模拟此类理论的方案，其困难在于需要实现规范不变性和相关的局部守恒定律（高斯定律）。在此，我们报道了格点规范理论的数字量子模拟的首次实验演示，在少量子比特囚禁离子量子计算机上实现了1+1维量子电动力学（Schwinger模型）。我们关注Schwinger机制的实时演化，该机制描述了由于量子涨落导致的裸真空不稳定性，表现为电子-正电子对的自发产生。为了有效利用我们的量子资源，我们通过消除规范场而代之以奇异长程相互作用，将原始问题映射到一个自旋模型，这在离子阱架构上具有直接且高效的实现。我们通过监测质量产生和真空持久振幅来探究粒子-反粒子生成的Schwinger机制。此外，我们追踪了系统中纠缠的实时演化，这说明了粒子产生与纠缠生成如何直接相关。我们的工作代表了用原子物理实验量子模拟高能理论的第一步，其长期愿景是扩展到非阿贝尔格点规范理论的实时量子模拟。
引用
@article{arxiv.1605.04570,
title = {Real-time dynamics of lattice gauge theories with a few-qubit quantum computer},
author = {E. A. Martinez and C. A. Muschik and P. Schindler and D. Nigg and A. Erhard and M. Heyl and P. Hauke and M. Dalmonte and T. Monz and P. Zoller and R. Blatt},
journal= {arXiv preprint arXiv:1605.04570},
year = {2016}
}