规范理论中的强子散射波包：在量子计算机上的制备

量子模拟有望实现对基于标准模型规范理论的高能散射过程的完整描述。此类模拟的第一步是制备相互作用的强子波包。为了创建波包，通常诉诸绝热演化以桥接自由理论中的波包与相互作用理论中的波包，这使得模拟资源密集。在本工作中，我们直接在相互作用理论中构建波包创建算子以规避绝热演化，利用了诸如变分量子本征求解器等资源高效的基态制备方案。通过为禁闭规范理论中的束缚介子激发提出一个 ansatz，并随后使用经典或量子方法进行优化，我们表明可以使用我们开发的数字量子算法高效且准确地创建相互作用的介子波包。具体而言，我们在 1+1 维中与费米子物质耦合的 $Z_2$ 和 $U(1)$ 晶格规范理论中获得了高保真度的介子波包。我们的方法适用于耦合的微扰和非微扰机制。针对 $Z_2$ 晶格规范理论情形，我们构建并在 Quantinuum H1-1 囚禁离子量子计算机上实现了波包创建电路，使用了 13 个量子比特和多达 308 个纠缠门。在采用简单的基于对称性的噪声缓解技术后，保真度与经典基准计算结果吻合良好。这项工作迈向了量子色动力学中散射过程的量子计算。