基于 qudit 系统的 U(1) 格点规范理论的变分量子模拟

格点规范理论是粒子物理、凝聚态和量子信息理论等多个领域的基础。近期量子系统控制方面的进展使得在桌面实验中研究阿贝尔格点规范理论成为可能。然而，若干挑战依然存在，例如在更高空间维度中实现动力学费米子以及磁场项。在此，我们将 D 维 U(1) 阿贝尔格点规范理论映射到具有局域相互作用的 qudit 系统，适用于任意 D。我们提出了一种针对该 qudit 系统局域哈密顿量的变分量子模拟方案，可在如 [Nat. Phys. 18, 1053-1057 (2022)] 中发展的通用 qudit 量子器件上实现。我们描述了如何在通用 qudit 量子计算机上实现用于基态制备的变分虚时间演化协议以及用于模拟非平衡物理的变分实时间演化协议，并辅以数值模拟。我们的方案可作为一种以最小资源（在系统规模和门数量方面）模拟格点规范理论（尤其是更高空间维度中）的方法。