TASI/CERN/KITP讲义：致力于量子计算自然界规范理论

核和粒子物理学中的计算活动的一个标志性特征是格子规范理论计划。它继续为从基本标准模型出发，对自然界各种现象进行理论预测。基于量子计算的新计算范式因此可以带来进一步的进步。特别是，认为量子计算将可能实现对极端密度下的物质以及非平衡情况下的物质的第一性原理研究，从而改进我们对早期宇宙、天体物理环境和高能粒子碰撞的理论描述。因此，发展和推进基于量子计算的格子规范理论计划，是理论核和粒子物理学中一个充满活力且快速发展的研究领域。这些讲义以教科书的方式介绍量子计算格子规范理论的主题，着重于该计划的理论和算法方面，以及最常见的方法和实践，以保持演示的聚焦和实用性。引入Kogut-Susskind框架下的格子规范理论的Hamiltonian表述，讨论了Hilbert空间和物理态的概念，并讨论了执行Hamiltonian仿真的一些基本数值方法。介绍了量子仿真预备知识和数字量子计算基础，这为具体的规范理论量子电路设计和资源分析奠定了基础。为较简单的Abelian规范理论提供了逐步分析，并在最后呈现了我们对量子计算计算色动力学（QCD）成本的当前理解。例子和练习丰富了材料，并加强了贯穿始终的概念和方法。