Релятивистская дискретная формулировка КЭД 3+1 в пространстве-времени.

Релятивистская дискретная формулировка КЭД 3+1 в пространстве-времени.

Отметка времени: 8 ноября 2023 г., 11:17
Исходный узел: 2969296

Натанаэль Эон1, Джузеппе Ди Мольфетта1, Джузеппе Магнифико2,3,4,5и Пабло Арриги6

1Университет Экс-Марсель, Университет Тулона, CNRS, LIS, Марсель, Франция
2Отделение физики и астрономии «Г. Галилей», Университет Падуи, I-35131 Падуя, Италия
3Падуанский исследовательский центр квантовых технологий, Университет Падуи
4Национальный институт ядерной физики (INFN), Sezione di Padova, I-35131 Падуя, Италия
5Dipartimento di Fisica, Universita` di Bari, I-70126 Бари, Италия
6Университет Париж-Сакле, Инрия, CNRS, LMF, 91190 Гиф-сюр-Иветт, Франция

Находите эту статью интересной или хотите обсудить? Scite или оставить комментарий на SciRate.

Абстрактные

В этой работе представлена ​​релятивистская схема цифрового квантового моделирования как для $2+1$, так и для $3+1$-мерной квантовой электродинамики (КЭД), основанная на формулировке теории в дискретном пространстве-времени. Он принимает форму квантовой схемы, бесконечно повторяющейся в пространстве и времени, параметризованной шагом дискретизации $Delta_t=Delta_x$. Строгая причинность на каждом этапе обеспечивается тем, что провода схемы совпадают со светоподобными мировыми линиями КЭД; время моделирования при декогеренции оптимизировано. Конструкция повторяет логику, которая приводит к лагранжиану КЭД. А именно, оно начинается с квантового блуждания Дирака, которое, как известно, сходится к свободным релятивистским фермионам. Затем он расширяет квантовое блуждание до многочастичных секторных квантовых клеточных автоматов таким образом, чтобы соблюдались фермионные антикоммутационные соотношения и симметрия дискретной калибровочной инвариантности. Оба требования могут быть достигнуты только за счет введения калибровочного поля. Наконец, калибровочному полю придается собственная электромагнитная динамика, которую можно сформулировать как квантовое блуждание по каждой плакетке.

► Данные BibTeX

► Рекомендации

[1] Сет Ллойд. «Универсальные квантовые симуляторы». Наука 273, 1073–1078 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.273.5278.1073

[2] Стивен П. Джордан, Кейт С.М. Ли и Джон Прескилл. «Квантовые алгоритмы для квантовых теорий поля». Наука 336, 1130–1133 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1217069

[3] Мари Кармен Банулс, Райнер Блатт, Якопо Катани, Алессио Чели, Хуан Игнасио Сирак, Марчелло Дальмонте, Леонардо Фаллани, Карл Янсен, Мацей Левенштейн, Симоне Монтанжеро и др. «Моделирование решеточных калибровочных теорий в рамках квантовых технологий». Европейский физический журнал Д 74, 1–42 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1140 / epjd / e2020-100571-8

[4] Джон Прескилл. «Моделирование квантовой теории поля с помощью квантового компьютера». Материалы 36-го ежегодного международного симпозиума по теории решетчатого поля — PoS (LATTICE2018) (2019).
https: / / doi.org/ 10.22323 / 1.334.0024

[5] Алексей Юрьевич Китаев. «Отказоустойчивые квантовые вычисления с помощью анионов». Анналы физики 303, 2–30 (2003).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​S0003-4916(02)00018-0

[6] Люсиль Савари и Леон Баленц. «Квантовые спиновые жидкости: обзор». Отчеты о прогрессе в физике. Физическое общество 80 1, 016502 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0034-4885/​80/​1/​016502

[7] Даниэль Гонсалес-Куадра, Торстен В. Заке, Хосе Карраско, Барбара Краус и Питер Золлер. «Аппаратное эффективное квантовое моделирование неабелевых калибровочных теорий с кудитами на платформах Ридберга». Физ. Преподобный Летт. 129, 160501 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.129.160501

[8] Франческо Кнехтли, Михаэль Гюнтер и Майкл Пирдон. «Решетчатая квантовая хромодинамика: практические основы». Спрингер. (2017).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-94-024-0999-4

[9] Дж. Б. Когут и Леонард Сасскинд. «Гамильтонова формулировка решеточных калибровочных теорий Вильсона». Physical Review D 11, 395–408 (1975).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.11.395

[10] Томас Бэнкс, Леонард Сасскинд и Дж. Б. Когут. «Вычисления сильной связи решеточных калибровочных теорий: (1+1)-мерные упражнения». Physical Review D 13, 1043–1053 (1976).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.13.1043

[11] Эстебан А. Мартинес, Кристин А. Мущик, Филипп Шиндлер, Дэниел Нигг, Александр Эрхард, Маркус Хейл, Филипп Хауке, Марчелло Дальмонте, Томас Монц, Питер Золлер и Райнер Блатт. «Динамика калибровочных теорий решетки в реальном времени с помощью квантового компьютера с несколькими кубитами». Природа 534, 516–519 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature18318

[12] Джузеппе Магнифико, Тимо Фельзер, Пьетро Сильви и Симоне Монтанжеро. «Решетчатая квантовая электродинамика в (3+1)-мерностях при конечной плотности с тензорными сетками». Природные коммуникации 12 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-021-23646-3

[13] Роман Орус. «Практическое введение в тензорные сети: состояния матричного произведения и проецируемые состояния запутанной пары». Анналы физики 349, 117–158 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.aop.2014.06.013

[14] Тим Бирнс, Пранав Шриганеш, Роберт Дж. Берсилл и Крис Дж. Хамер. «Подход ренормгруппы матрицы плотности к модели массивного Швингера». Физическое обозрение Д 66, 013002 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.66.013002

[15] Кай Запп и Роман Орус. «Тензорное сетевое моделирование qed на бесконечных решетках: обучение на (1+1)d и перспективы (2+1)d». Физическое обозрение Д 95 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.95.114508

[16] Пабло Арриги, М. Форец и Винсент Несме. «Уравнение Дирака как квантовое блуждание: высшие измерения, сходимость наблюдений». Физический журнал А 47, 465302 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​47/​46/​465302

[17] П. Арриги, Стефано Факкини и Марсело Форец. «Дискретная лоренц-ковариация для квантовых блужданий и квантовых клеточных автоматов». Новый физический журнал 16, 093007 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​16/​9/​093007

[18] Алессандро Бизио, Джакомо Мауро Д'Ариано и Паоло Перинотти. «Квантовые блуждания, уравнение Вейля и группа Лоренца». Основы физики 47, 1065–1076 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s10701-017-0086-3

[19] Фабрис Дебаш. «Принципы действия квантовых автоматов и лоренц-инвариантность квантовых блужданий в дискретном времени». Анналы физики 405, 340–364 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.aop.2019.03.005

[20] Тобиас Дж. Осборн. «Континуальные пределы квантовых решеточных систем» (2019).

[21] Йенс Эйсерт и Дэвид Гросс. «Сверхзвуковая квантовая связь». Письма о физической экспертизе 102, 240501 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.240501

[22] Марк Шено и Лоран Санчес-Паленсия. «Тест скорости пульсаций в квантовой системе». Физика 13, 109 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / Physics.13.109

[23] Джулиан Сеймур Швингер. «Калибровочная инвариантность и масса». Physical Review 125, 2425–2429 (1962).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.125.397

[24] Пабло Арриги, Седрик Бени и Терри Фаррелли. «Квантовый клеточный автомат для одномерного КЭД». Квантовая обработка информации 19, 1–28 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s11128-019-2555-4

[25] Джузеппе Ди Мольфетта и Пабло Арриги. «Квантовое блуждание с пределом непрерывного времени и пределом непрерывного пространства-времени». Квантовая обработка информации 19, 1–16 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s11128-019-2549-2

[26] Майкл Манигалам и Джузеппе Ди Мольфетта. «Непрерывное ограничение времени dtqw в 2d+1 и пластичность». Квантовая обработка информации 20, 1–24 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s11128-021-03011-5

[27] Кевиссен Селлапиллай, Пабло Арриги и Джузеппе Ди Мольфетта. «Дискретный релятивистский формализм пространства-времени для 1 + 1-qed с континуальными пределами». Научные отчеты 12 (2022 г.).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41598-022-06241-4

[28] Джузеппе Ди Мольфетта, Марк Браше и Фабрис Дебаш. «Квант ходит как безмассовые фермионы Дирака в искривленном пространстве-времени». Физическое обозрение А 88, 042301 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.88.042301

[29] Джузеппе Ди Мольфетта и Армандо Перес. «Квантовые блуждания как симуляторы нейтринных колебаний в вакууме и веществе». Новый физический журнал 18, 103038 (2016).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​18/​10/​103038

[30] Мохамед Хатифи, Джузеппе Ди Мольфетта, Фабрис Деббас и Марк Браше. «Квантовая гидродинамика блуждания». Научные доклады 9, 1–7 (2019).
HTTPS: / / doi.org/ 10.1038 / s41598-019-40059-х

[31] Андре Альбрехт, Андреа Альберти, Дитер Мешеде, Фольхер Б. Шольц, Альберт Х. Вернер и Райнхард Ф. Вернер. «Молекулярное связывание во взаимодействующих квантовых блужданиях». Новый журнал физики 14, 073050 (2012).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​14/​7/​073050

[32] Алессандро Бизио, Джакомо Мауро Д'Ариано, Паоло Перинотти и Алессандро Тозини. «Тирринговый квантовый клеточный автомат». Физическое обозрение А 97, 032132 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.032132

[33] Леонард Д. Млодинов и Тодд А. Брун. «Квантовая теория поля на основе квантового клеточного автомата в одном пространственном измерении и запретная теорема в более высоких измерениях». Физический обзор А (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.102.042211

[34] Тодд А. Брун и Леонард Млодинов. «Квантовые клеточные автоматы и квантовая теория поля в двух пространственных измерениях». Физическое обозрение А 102, 062222 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.102.062222

[35] Леонард Млодинов и Тодд А. Брун. «Фермионные и бозонные квантовые теории поля из квантовых клеточных автоматов в трех пространственных измерениях». Физическое обозрение А 103, 052203 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.103.052203

[36] Эрез Зоар и Хуан Игнасио Сирак. «Устранение полей фермионной материи в решеточных калибровочных теориях». Физический обзор B (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.98.075119

[37] Терри Фаррелли. «Взгляд из квантовой информации в фундаментальную физику» (2017).

[38] Пабло Арриги, Джузеппе Ди Мольфетта и Натанаэль Эон. «Калибровочно-инвариантный обратимый клеточный автомат». На международном семинаре по клеточным автоматам и дискретным сложным системам. Страницы 1–12. Спрингер (2018).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-92675-9_1

[39] Пабло Арриги, Джузеппе Ди Мольфетта и Натаниэль Эон. «Калибровочная инвариантность в клеточных автоматах». Естественные вычисления, страницы 1–13 (2022 г.).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s11047-022-09879-1

[40] Пабло Арриги, Марин Костес и Натанаэль Эон. «Универсальные калибровочно-инвариантные клеточные автоматы». Филиппо Бончи и Саймон Дж. Пуглиси, редакторы, 46-й Международный симпозиум по математическим основам информатики (MFCS 2021). Том 202 Международных трудов Лейбница по информатике (LIPIcs), страницы 9:1–9:14. Дагштуль, Германия (2021 г.). Замок Дагштуль – Центр информатики Лейбница.
https: / / doi.org/ 10.4230 / LIPIcs.MFCS.2021.9

[41] Джузеппе Ди Мольфетта, Марк Браше и Фабрис Дебаш. «Квантовые блуждания в искусственных электрических и гравитационных полях». Физика А: статистическая механика и ее приложения 397, 157–168 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physa.2013.11.036

[42] Кирилл Мельников и Марвин Вайнштейн. «Решетчатая модель Швингера: конфайнмент, аномалии, киральные фермионы и все такое». Физическое обозрение Д 62, 094504 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.62.094504

[43] Джузеппе Магнифико, Марчелло Дальмонте, Паоло Факки, Саверио Паскацио, Франческо В. Пепе и Элиза Эрколесси. «Динамика в реальном времени и конфайнмент в решеточной модели $mathbb{Z}_{n}$ Швингера-Вейля для 1+1 КЭД». Квант 4, 281 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-06-15-281

[44] Джузеппе Ди Мольфетта и Фабрис Дебаш. «Квантовые блуждания в дискретном времени: непрерывный предел и симметрии». Журнал математической физики 53, 123302 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.4764876

[45] Элиза Эрколесси, Паоло Факки, Джузеппе Магнифико, Саверио Паскацио и Франческо V Пепе. «Фазовые переходы в калибровочных моделях Zn: к квантовому моделированию кЭД Швингера-Вейля». Физическое обозрение Д 98, 074503 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.98.074503

[46] Ян Ф. Хаазе, Лука Деллантонио, Алессио Чели, Дэнни Полсон, Ангус Кан, Карл Янсен и Кристин А. Мушик. «Ресурсоэффективный подход к квантовому и классическому моделированию калибровочных теорий в физике элементарных частиц». Квант 5, 393 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-02-04-393

[47] Питер Шор. «Полиномиальные алгоритмы простой факторизации и дискретного логарифмирования на квантовом компьютере». Обзор SIAM 41, 303–332 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1137 / S0036144598347011

[48] Иван Маркес-Мартин, Джузеппе Ди Мольфетта и Армандо Перес. «Удержание фермионов посредством квантовых блужданий в (2+1)-мерном и (3+1)-мерном пространстве-времени». Физическое обозрение А 95, 042112 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.95.042112

[49] Пабло Арриги, Джузеппе Ди Мольфетта, Иван Маркес и Армандо Перес. «Уравнение Дирака как квантовое блуждание по сотовым и треугольным решеткам». Физическое обозрение А 97, 062111 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.062111

[50] Маттео Лугли, Паоло Перинотти и Алессандро Тозини. «Дискриминация фермионного состояния с помощью локальных операций и классической коммуникации». Письма о физическом обзоре 125, 110403 (2020 г.).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.110403

[51] Кьяра Марлетто и Влатко Ведрал. «Спин, статистика, пространство-время и квантовая гравитация» (2021).

Цитируется

[1] Уго Нзонгани, Жюльен Зильберман, Карло-Элия Дончекки, Армандо Перес, Фабрис Деббас и Пабло Арно, «Квантовые схемы для квантовых блужданий в дискретном времени с позиционно-зависимым оператором монеты», ��������� ��������� ���������� 22 7, 270 (2023).

[2] Николас Медина Санчес и Боривое Дакич, «Реконструкция статистики квантовых частиц: бозоны, фермионы и трансстатистика», Arxiv: 2306.05919, (2023).

[3] Эдоардо Чентофанти, Алессандро Бисио и Паоло Перинотти, «Безмассовый взаимодействующий фермионный клеточный автомат, демонстрирующий связанные состояния», Arxiv: 2304.14687, (2023).

[4] Уго Нзонгани и Пабло Арно, «Квантовая схема с регулируемой глубиной для позиционно-зависимых монетных операторов квантовых блужданий с дискретным временем», Arxiv: 2304.10460, (2023).

Приведенные цитаты из САО / НАСА ADS (последнее обновление успешно 2023-11-10 16:31:15). Список может быть неполным, поскольку не все издатели предоставляют подходящие и полные данные о цитировании.

On Цитируемый сервис Crossref Данные о цитировании работ не найдены (последняя попытка 2023-11-10 16:31:14).

Эта статья опубликована в Quantum под Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) лицензия. Авторское право остается за первоначальными правообладателями, такими как авторы или их учреждения.

Отметка времени:

Больше от Квантовый журнал