集体中微子振荡的囚禁离子量子模拟

众所周知，在极端天体物理环境中，中微子味在三种贡献的作用下发生变化：真空振荡、与周围物质的相互作用以及由于不同中微子之间的相互作用而产生的集体振荡。后者为运动方程添加了一个非线性项，使其动力学描述变得复杂。在这项工作中，我们研究了使用量子计算在双味近似下模拟 N 个中微子系统相干集体振荡的各种策略。这是通过使用一种配对中微子分解来实现的，该分解旨在解释这样一个事实：在存在中微子-中微子项的情况下，味哈密顿量呈现出一种全对全相互作用，这使得时间演化的实现依赖于量子比特拓扑。我们分析了由分解引起的 Trotter 误差，证明了时间演化实现的复杂度随中微子数量呈多项式增长，并且可以通过优化量子电路分解和利用全量子比特连通性来减少近期量子设备模拟的噪声。我们发现，使用二阶 Trotter-Suzuki 公式的门复杂度随系统规模的变化优于其他分解方法，例如量子信号处理。最后，我们展示了我们的算法在基于囚禁离子量子比特的真实量子设备上的应用和结果。