Simulating thimble regularization of lattice quantum field theories
格点量子场论在莱夫谢茨套管上的蒙特卡罗模拟是不平凡的。基于计算完整流线对泛函积分贡献的思想，讨论了一种新的蒙特卡罗算法。后者是连接到临界点的最陡峭的上升路径，即顶针的基本构建块。因此，对样品的测量由完整流线对配分函数的贡献决定。该算法是基于一个热浴采样的高斯近似的顶针：这定义了一个大都会一样的接受/拒绝步骤的建议。该算法的有效性已经在几个模型上得到了验证，例如手征随机矩阵模型。我们还讨论了规范理论的顶针正则化，特别是在0+1维QCD中的成功应用，以及Yang-Mills理论的现状和前景。
2016-11-24 hep-lat
Toward simulating quantum field theories with controlled phonon-ion dynamics: A hybrid analog-digital approach
量子场论是现代物理学的基石，在最基本的层面上提供了物理系统的相对论和量子力学描述。在这些理论中模拟实时动态在经典计算中仍然是难以捉摸的。这为量子模拟器提供了一个独特的机会，它有望彻底改变我们的模拟能力。捕获离子系统是量子多体物理学的成功量子模拟器平台，可以在数字或基于门的模式和模拟模式下操作。在提出和实现量子模拟的相对论性量子场论使用捕获的离子系统的进展，并通过模拟相互作用玻色子-费米子模型的混合模拟-数字的建议的启发下，我们提出了混合模拟-数字量子模拟选定的量子场论，最近的发展到一个新的水平。一方面，与全模拟方法相比，该提案的半数字性质在工程通用模型交互方面提供了更大的灵活性。另一方面，将玻色子场编码到捕获离子系统的声子自由度上允许更有效地使用模拟器资源，并且在这样的平台中更自然地实现固有量子操作。这为模拟复杂动力学开辟了新的途径，阿贝尔和非阿贝尔规范理论，通过结合数字和模拟方案的优点。
2021-04-19 cond-mat.quant-gas hep-lat nucl-th
Simulating gauge theories on Lefschetz thimbles
莱夫谢茨顶针最近被提出作为蒙特卡罗模拟中复杂作用问题（符号问题）的可能解决方案。在这里，我们讨论纯阿贝尔规范理论与复杂的耦合$β$和应用的概念，广义Lefschetz顶针。我们建议模拟理论的联合切流形的顶针。我们构造了一个局部的Metropolis型算法，该算法被约束到一个特定的切流形。我们还讨论了如何，从这个结果开始，连续subleading切流形可以考虑通过重新加权的方法。我们在1+1维的$U(1)$规范理论上演示了算法，并研究了剩余符号问题。
2020-01-27 hep-lat
Simulating Lattice Gauge Theories within Quantum Technologies
格点规范理论起源于量子色动力学（QCD）背景下的粒子物理学，为进一步发展量子信息技术提供了重要的智力刺激。虽然一个长期的目标是可靠的量子模拟目前棘手的方面QCD本身，格点规范理论也发挥了重要作用，在凝聚态物理和量子信息科学。通过这种方式，格点规范理论为跨学科研究提供了动力和框架，以开发专用数字和模拟量子模拟器，并最终开发可扩展的通用量子计算机。在这篇手稿中，最近的结果和新的工具，从量子科学的方法来研究格点规范理论进行了审查。两个新的互补方法进行了讨论：第一，张量网络方法-一个经典的模拟方法-应用到研究的格点规范理论与阿贝尔和非阿贝尔格点规范理论的一些结果。然后，报道了在不同量子硬件中实现格点规范理论量子模拟器的最新提议，例如，囚禁离子、里德伯原子和超导电路。最后，第一个证明的原理囚禁离子实验量子模拟的Schwinger模型进行了审查。
2019-10-31 cond-mat.quant-gas hep-lat hep-th
A Proposal for Simulating Chiral Fermions
我们描述了一种方法来评估手征规范理论，是不是困扰的加倍问题。为了证明这种方法的有效性，我们将我们的想法应用于手性Schwinger模型。
1992-07-15 hep-lat
Simulating Field Theories with Quantum Computers
本研究使用量子计算机模拟二维时空下的Gross-Neveu和双曲Ising模型的Trotter演化，通过多种误差缓解技术处理噪声，并验证了方法有效性及OTOC协议的实现。
2024-01-03 hep-lat quant-ph
Simulating Yang-Mills theories with a complex coupling
我们提出了一种新的模拟策略，杨米尔斯理论与复杂的耦合，Lefschetz顶针分解的基础上。我们设想，在目前的工作中开发的方法，也可以适用于QCD在有限密度，实时模拟。Lefschetz顶针模拟提供了一个潜在的解决方案，在许多不同的模型与复杂的行动在蒙特卡洛计算的标志问题。我们讨论了具有复规范耦合$β$的纯Yang-Mills理论的广义Lefschetz顶针的结构，并展示了如何将规范轨道结合起来。我们建议模拟这样的理论上的工会的切向流形的相关Lefschetz顶针连接到临界流形的杨米尔斯行动。我们证明了我们的算法上的（1+1）维U（1）模型和讨论如何，从主顶针的结果，连续subleading顶针可以考虑通过重新加权的方法。虽然我们面临着一个残留的符号问题，我们的新方法比标准的重新加权方法表现出指数级的更好。
2021-01-11 hep-lat hep-ph
Simulating collider physics on quantum computers using effective field theories
在很宽的能量范围内模拟量子场论的完整动力学需要非常大的量子计算资源。然而，对于粒子物理学中的许多可观测量，微扰技术足以精确地模拟理论有效性范围内的所有能量。我们证明，有效场论（EFT）提供了一个有效的机制，分离的高能量的动力学，这是很容易计算的传统微扰理论在低能量的动力学，并显示如何量子算法可以用来模拟低能量EFT从第一原理的动力学。作为一个明确的例子，我们计算真空到真空和真空到一个粒子的过渡的标量场理论中的两个威尔逊线的时间顺序的产品，一个对象密切相关的粒子物理学的标准模型的EFT中出现的存在下的期望值。使用量子计算机的模拟以及使用IBMQ曼哈顿机器的测量来执行计算。
2021-02-09 hep-lat hep-ph quant-ph
Simulating Lattice Gauge Theories with Virtual Rishons
Rutgers University（罗格斯大学）；CERN（欧洲核子研究组织）；Brookhaven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室）；Stony Brook University（石溪大学）；The University of Edinburgh（爱丁堡大学）
本文提出了一种基于虚拟里斯翁的框架，用于模拟格点规范理论，通过量子比特编码规范和物质自由度，并在U(1)规范理论中验证了其在不同维度下的有效性。
2026-03-05 cond-mat.str-el hep-lat hep-th
Scalable, ab initio protocol for quantum simulating SU($N$)$\times$U(1) Lattice Gauge Theories
提出利用碱土金属类原子在光学晶格中可扩展量子模拟SU($N$)$\ imes$U(1)晶格规范理论的从头算协议，结合SU($N$)赝自旋对称性与强轨道间相互作用，并定量分析实验稳定性要求。
2024-05-09 cond-mat.quant-gas hep-lat quant-ph
A Method for Simulating Chiral Fermions on the Lattice
本文提出了一种在格点上模拟手征规范理论的方法，其中包括拓扑亏损上的零模。格点倍增器可以以规范不变的方式解耦，并且可以在有限格点上直接观察到味道异常。（需要harvmac）
1992-06-11 hep-lat hep-ph
Framework for simulating gauge theories with dipolar spin systems
规范理论广泛地出现在物理学中，从粒子物理学的标准模型到凝聚态拓扑系统的长波长描述。然而，具有符号问题的系统在很大程度上无法进行经典计算，并且也超出了当前数字量子硬件的限制。在这项工作中，我们开发了一个模拟的方法来模拟规范理论的实验装置，采用偶极自旋（分子或里德伯原子）。我们考虑分子固定在空间中，通过偶极-偶极相互作用相互作用，避免了对巡回自由度的需要。每个分子代表一个位置或规范自由度，高斯定律通过位置和内部状态能量的直接和程序化调整来保持。这种方法可以被视为模拟系统编程的一种形式，并为近期的量子模拟指明了前进的道路。作为第一步，我们在（1+1）维U（1）量子链模型的小系统研究中数值验证了这个方案，其中链自旋S = 1/2和S = 1，并说明了如何在近期实验中观察到动力学现象，如弦反转和弦断裂。我们的工作汇集了来自原子和分子物理学，凝聚态物理学，高能物理学和量子信息科学的方法，用于规范理论中非微扰过程的研究。
2020-09-22 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el hep-lat
Quantum simulating continuum field theories with large-spin lattice models
本文提出用多能级qudit晶格哈密顿量正则化标量QFT，并通过大自旋外推进入连续极限，在sG模型中验证可观测量、孤子散射及弦断裂式动力学。
2025-08-29 cond-mat.quant-gas hep-lat quant-ph
Simulating gauge theories with variational quantum eigensolvers in superconducting microwave cavities
本文提出了一种基于超导微波腔的玻色变分量子本征求解器（VQE），克服了基于量子比特的VQE的Hilbert空间限制，能够实现广泛的玻色ansatz态，并应用于包含拓扑项的U(1) Higgs模型，解决了传统Monte Carlo方法无法处理的符号问题。
2023-10-18 hep-lat quant-ph
Strategies for simulating time evolution of Hamiltonian lattice field theories
本文系统比较了模拟哈密顿格点场论时间演化的多种算法，推导并数值验证了乘积公式与基于块编码的信号处理方法的门复杂度，提出结合LCU与量子傅里叶变换的优化方案，实现块编码成本数量级改进。
2024-06-08 hep-lat hep-ph quant-ph
Efficient Representation for Simulating U(1) Gauge Theories on Digital Quantum Computers at All Values of the Coupling
我们推导出一个格点U（1）规范理论的表示，它在用于表示每个格点的状态数上具有指数收敛性，该表示适用于所有耦合值。在大耦合下，这种表示相当于Kogut-Susskind电表示，已知它在该区域提供了良好的描述。在小耦合时，我们的方法调整了数字化中表示的最大磁场，因为在这种情况下，低本征态在零磁场附近变得强烈峰值化。此外，我们选择的哈密顿量，给出最小的违反规范的交换关系时，作用于低的本征态，由奈奎斯特-香农采样定理的动机的电分量的表示。对于4个格点的（2+1）维，每个格点仅用7个态就可以计算出元胞算符的期望值，对于所有的耦合常数值都具有千分之一级的精度.
2021-11-15 hep-lat hep-ph quant-ph
Simulating Quantum Mechanics with a $θ$-term and an 't Hooft Anomaly on a Synthetic Dimension
规范理论中的拓扑$θ$项，包括3+1维的量子色动力学，产生了一个符号问题，使得经典的蒙特卡罗模拟不切实际。量子模拟不受这些符号问题的影响，是未来研究这些理论的一种有前途的方法。在短期内，研究保留一些感兴趣的物理现象的更简单的模型及其在量子硬件上的实现是有趣的。例如，在小空间环面上降维的规范理论产生的量子力学模型，尽管相对简单的解决，保留了有趣的真空和对称结构从父规范理论。在这里，我们考虑量子力学粒子在一个圆模型，通过降维1+ 1 d Schwinger模型，具有$θ$ -项，并实现了一个t Hooft异常或整体不一致性在$θ= π$。这些模型还实时显示了与之相关的自发对称性破缺和瞬子-反瞬子干涉现象。我们提出了一个实验方案的实时模拟粒子在一个圆形的$θ$ -长期和$\mathbb{Z}_n$潜在的使用一个合成的维度编码在一个里德伯原子。模拟里德伯原子与现实的实验参数，我们表明，基本的物理可以很好地捕获的实验，预期的行为，隧道速率作为$θ$的函数。类似的现象和观测量也可以出现在更复杂的量子力学模型中，这些模型通过降维与高维非阿贝尔规范理论相联系。
2022-05-06 hep-lat hep-ph hep-th
Fermion-qudit quantum processors for simulating lattice gauge theories with matter
本文提出一种基于里德伯原子的费米子-量子比特处理器架构，用于硬件高效地数字模拟含物质晶格规范理论，并展示了其在模拟阿贝尔-希格斯模型和制备强子方面的资源高效性。
2023-10-12 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el hep-lat
The art of simulating the early Universe -- Part I
我们提出了一个全面的讨论晶格技术的标量和规范场动力学在膨胀的宇宙模拟。在回顾了闵可夫斯基和FLRW背景下标量场和规范场相互作用的连续统公式之后，我们介绍了场论离散化的基本工具，包括格点规范不变量技术。接下来，我们讨论和分类数值算法，从$O(dt^2)$精度的方法，如$staggered~leapfrog$和$Verlet$积分，到$Runge-Kutta$方法，直到$O(dt^4)$精度，以及$Yoshida$和$Gauss-Legendre$高阶积分器，精确到$O(dt^{10})$。我们适应这些方法，他们在经典的晶格模拟的非线性动力学的标量场和规范场在$3+1$尺寸的扩展网格，包括“自洽”的扩展源的体积平均的字段的能量和压力密度的情况下。我们目前的晶格配方的典型情况下：$i)$相互作用标量场，$ii)$阿贝尔$U(1)$规范理论，$iii)$非阿贝尔$SU(2)$规范理论。在所有三种情况下，我们提供辛积分器，精度范围从$O(dt^2)$到$O(dt^{10})$。对于每个算法，我们提供了相关的观测量，如能量密度分量，场谱和哈勃约束的形式。值得注意的是，我们所有的算法规范理论尊重高斯约束的机器精度，包括“自洽”扩展被认为是。作为一个数值例子，我们分析了在$SU(2)\times U(1)$下带电的振荡暴胀子的后暴胀动力学。本手稿是$CosmoLattice$的理论基础的一部分，$…
2021-05-14 astro-ph.CO gr-qc hep-lat
Towards simulating 2D effects in lattice gauge theories on a quantum computer
规范理论是在基本水平上描述自然的最成功的理论，但获得解析或数值解往往仍然是一个挑战。利用现有的量子技术，提出了一个研究二维量子电动力学（2D QED）中基态性质的实验量子模拟方案。该建议建立在格点规范理论作为arXiv：2006.14160中的有效自旋模型的公式基础上，通过消除冗余自由度和对规范场使用有效的截断方案来减少所需的量子位数。后者赋予我们的建议的观点，采取一个良好的控制连续极限。我们的协议允许在原则上放大到大晶格，并提供的观点，连接晶格模拟低能量可观测的量，例如强子谱，在连续统理论。通过包括动力学物质和非最小规范场截断，我们提供了新的机会来观察当今量子硬件上的二维效应。更具体地说，我们提出了两个变分量子本征求解器（VQE）为基础的协议的研究磁场的影响，并采取了重要的第一步计算运行耦合的QED。对于这两种情况下，我们包括变分量子线路量子位为基础的硬件，我们明确适用于捕获离子量子计算机。我们模拟建议VQE实验经典计算所需的测量预算在现实条件下。虽然这种可行性分析是针对捕获离子进行的，但我们的方法可以很容易地适应其他平台。这里提出的技术，结合量子硬件的进步，为超越经典模拟的能力铺平了道路，通过扩展我们的框架，包括费米势或拓扑项。
2021-07-30 hep-lat quant-ph
