1Departamento de Física, Universidade de Maryland, College Park, MD 20742, EUA
2Centro de Física Fundamental de Maryland, Universidade de Maryland, College Park, MD 20742, EUA
3Centro Conjunto de Informação Quântica e Ciência da Computação, Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia e Universidade de Maryland, College Park, MD 20742, EUA
4Instituto NSF para Simulação Quântica Robusta, Universidade de Maryland, College Park, Maryland 20742, EUA
5Divisão de Física, Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, Berkeley, CA 94720, EUA
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Sumário
Com foco na computação quântica universal para simulação quântica, e através do exemplo das teorias de calibre de rede, introduzimos algoritmos quânticos bastante gerais que podem simular eficientemente certas classes de interações que consistem em mudanças correlacionadas em múltiplos números quânticos (bosônicos e fermiônicos) com não- coeficientes funcionais triviais. Em particular, analisamos a diagonalização de termos hamiltonianos usando uma técnica de decomposição de valores singulares e discutimos como as diagonais unitárias alcançadas no operador de evolução temporal digitalizado podem ser implementadas. A teoria de calibre de rede estudada é a teoria de calibre SU(2) em dimensões 1+1 acoplada a um tipo de férmions escalonados, para a qual é apresentada uma análise completa de recursos quânticos dentro de diferentes modelos computacionais. Os algoritmos mostram-se aplicáveis a teorias de dimensões superiores, bem como a outras teorias de calibre Abelianas e não-Abelianas. O exemplo escolhido demonstra ainda a importância da adoção de formulações teóricas eficientes: é mostrado que uma formulação explicitamente invariante de calibre usando graus de liberdade de loop, corda e hádron simplifica os algoritmos e reduz o custo em comparação com as formulações padrão baseadas em momento angular bem como os graus de liberdade do bóson de Schwinger. A formulação loop-string-hadron mantém ainda a simetria de calibre não-Abeliana, apesar da inexatidão da simulação digitalizada, sem a necessidade de operações controladas dispendiosas. Tais considerações teóricas e algorítmicas provavelmente serão essenciais na simulação quântica de outras teorias complexas de relevância para a natureza.
Resumo popular
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