在120量子比特上实现标量场论中散射的可扩展量子模拟

在量子计算机上模拟基本粒子的碰撞，预计将比经典方法具有指数级优势，并有望增强对新物理的探索。此外，标量场论中的散射已被证明是BQP完全的，使其成为量子计算高效的典型问题。作为迈向碰撞过程大规模量子模拟的一步，我们使用IBM的Heron超导量子计算机ibm_fez上的120个量子比特，模拟了一维标量场论中波包的散射。利用经典资源确定了压缩真空制备、波包初始化和时间演化的变分电路。通过利用理论中态的物理性质，如对称性和局域性，变分量子算法构建了可扩展的电路，可用于模拟任意大的系统尺寸。引入了一种新的策略来减轻量子模拟中的误差，这使得能够从包含多达4924个双量子比特门和103层双量子比特门深度的电路中提取有意义的结果。相互作用的影响清晰可见，并且与经典矩阵乘积态模拟的结果一致。讨论了在量子计算机上模拟高能非弹性碰撞所必需的发展。