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量子物理

arXiv:2506.00755v1 (quant-ph)
[提交于 2025年5月31日 ]

标题: 通过 orbifold 晶格在 Kogut-Susskind Hamiltonian 量子模拟中的指数加速

标题: Exponential speedup in quantum simulation of Kogut-Susskind Hamiltonian via orbifold lattice

Authors:Georg Bergner, Masanori Hanada
摘要: 我们证明了晶格哈密顿量方法——一种以在数字量子计算机上模拟SU($N$)杨-米尔斯理论和QCD而闻名的方法——能够在受控的极限下重现Kogut-Susskind哈密顿量。 尽管原始的Kogut-Susskind方法在量子硬件上的实现面临重大挑战,但我们表明它自然地作为轨道晶格公式在无穷标量质量极限下的结果出现,即使在有限晶格间距的情况下也是如此。 我们的分析为任意维度的SU($N$)规范理论提供了一个通用的解析框架,并为$(2+1)$维度的SU($N$)杨-米尔斯理论($N=2,3$)提供了具体的数值证据。 使用欧几里得路径积分方法,通过比较标准威尔逊作用量与轨道晶格作用量,匹配晶格参数,并系统地外推裸标量质量趋于无穷大的结果,我们量化了收敛速率。 这一重新表述解决了长期存在的技术障碍,并为数字量子模拟Kogut-Susskind哈密顿量提供了直接的实施协议,相比经典方法和之前已知的量子方法具有指数加速。
摘要: We demonstrate that the orbifold lattice Hamiltonian -- an approach known for its efficiency in simulating SU($N$) Yang-Mills theory and QCD on digital quantum computers -- can reproduce the Kogut-Susskind Hamiltonian in a controlled limit. While the original Kogut-Susskind approach faces significant implementation challenges on quantum hardware, we show that it emerges naturally as the infinite scalar mass limit of the orbifold lattice formulation, even at finite lattice spacing. Our analysis provides both a general analytical framework applicable to SU($N$) gauge theories in arbitrary dimensions and specific numerical evidence for $(2+1)$-dimensional SU($N$) Yang-Mills theories ($N=2,3$). Using Euclidean path integral methods, we quantify the convergence rate by comparing the standard Wilson action with the orbifold lattice action, matching lattice parameters, and systematically extrapolating results as the bare scalar mass approaches infinity. This reformulation resolves longstanding technical obstacles and offers a straightforward implementation protocol for digital quantum simulation of the Kogut-Susskind Hamiltonian with exponential speedup compared to classical methods and previously known quantum methods.
评论: 20页
主题: 量子物理 (quant-ph) ; 高能物理 - 格点 (hep-lat); 高能物理 - 现象学 (hep-ph); 高能物理 - 理论 (hep-th); 核理论 (nucl-th)
引用方式: arXiv:2506.00755 [quant-ph]
  (或者 arXiv:2506.00755v1 [quant-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2506.00755
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Masanori Hanada [查看电子邮件]
[v1] 星期六, 2025 年 5 月 31 日 23:50:27 UTC (638 KB)
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