Quantum simulator for the Ising model with electrons floating on a helium film
我们提出了一个物理装置，可以用来模拟量子动力学的伊辛模型与现代技术。我们的方案包括电子漂浮在超流氦通过库仑力相互作用。在低温极限下，系统将保持在基态附近，其哈密顿量相当于伊辛模型，从而显示出量子临界性等现象。此外，所提出的设计可以被推广，以便研究相互作用的场论（例如，$λϕ^4$）和绝热量子计算机。
2008-06-16 quant-ph
Solving diner's dilemma game, circuit implementation, and verification on IBMQ simulator
食客困境是经济学和博弈论中最有趣的问题之一。在这里，我们用量子规则解决了n（玩家数量）=4的问题，并且我们能够消除帕累托最优和纳什均衡点之间的用餐者困境。我们发现量子策略，使每个食客的最大收益，而不影响其他人的收益和策略。我们使用叠加和纠缠的量子原理，它比任何经典策略都优越。我们提出了游戏的电路实现，在IBM量子模拟器上设计，并验证了量子模型中的策略。
2020-11-16 quant-ph
Local Manipulation and Measurement of Nonlocal Many-Body Operators in Lattice Gauge Theory Quantum Simulators
格点规范理论是研究非微扰规范场物理，特别是量子色动力学的一个非常成功的框架。近年来，人们对它们在原子和固态平台上的量子模拟进行了讨论，旨在克服传统方法仍然面临的一些困难（如符号问题和实时演化）。虽然格点规范理论在量子模拟器上的实际实现可能在模拟系统及其性质方面有所不同，但它们都是针对研究类似的物理现象，由于规范理论的局部对称性，需要测量非局部的可观测量。在这项工作中，一般计划测量这种非局域观测值（威尔逊圈和介子弦运营商）在一般格点规范理论量子模拟器，仅基于本地操作的建议。
2019-11-25 hep-lat quant-ph
Cold-atom quantum simulators of gauge theories
本文综述了冷原子量子模拟器在实现规范理论方面的进展，重点介绍了稳定规范不变性及从构建模块到大规模实现的关键突破，并展望了向更高维度、更高自旋表示和非阿贝尔规范群发展的未来方向。
2023-10-18 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Continuous matrix product states for coupled fields: Application to Luttinger Liquids and quantum simulators
提出了一种构造耦合场连续矩阵乘积态的方法。cMPS是一维量子场论基态的变分\emph{ansatz}。我们提出的方案是基于物理解释，其中cMPS类可以通过与浴相互作用的系统的耗散动力学产生。我们研究耦合玻色子场的情况。我们测试的方法与以前的DMRG结果耦合Lieb Liniger模型。此外，我们还讨论了一个新的应用程序来表征Luttinger液体理论出现在这些理论的低能区。最后，我们提出了一个电路QED架构作为耦合场的量子模拟器。
2014-09-16 cond-mat.supr-con quant-ph
A Floquet-Rydberg quantum simulator for confinement in $\mathbb{Z}_2$ gauge theories
本研究提出一种基于周期性驱动Rydberg原子阵列的可扩展Floquet方案，用于模拟$\mathbb{Z}_2$格点规范理论中的实时禁闭动力学，并通过数值验证了其有效性与实验可行性。
2023-11-28 cond-mat.quant-gas hep-lat quant-ph
Spin exchange-enabled quantum simulator for large-scale non-Abelian gauge theories
针对量子模拟器中大规模格点规范理论的规范对称性保护需求，提出基于两体自旋交换相互作用的非阿贝尔SU(N)/U(N) LGT实现方案，给出2+1维具体设计与数值验证，为近期大规模非阿贝尔量子链模型的模拟实现铺路。
2024-10-07 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el hep-lat
Quantum Simulation of Lattice Gauge Theories in more than One Space Dimension -- Requirements, Challenges, Methods
近年来，格点规范理论的量子模拟这一相对年轻的领域--旨在用量子平台实现规范理论的模拟器--经历了一个快速发展的过程。它现在不仅引起了量子信息和技术界人士的兴趣，而且被越来越多的粒子和核物理学家视为解决硬的、非微扰的规范理论物理的有效工具。随着理论的进步，现在越来越多的实验，实际上实现这样的模拟器被报道，表现出美丽的结果，但主要是在$1+1$维物理。在本文中，我们回顾了格点规范理论的基本成分和要求，在更多的维度，讨论他们的含义，他们提出的挑战，以及如何处理，潜在的，旨在模拟具有挑战性的物理问题，这一领域的下一步。
2021-06-08 hep-lat quant-ph
Observation of Supersymmetry and its Spontaneous Breaking in a Trapped Ion Quantum Simulator
超对称性（SUSY）有助于解决高能物理中的层次问题，并为统一引力与其他基本相互作用提供了一个自然的基础。虽然它是标准模型之外最有前途的理论框架之一，但它在自然界中的直接实验证据仍有待发现。在这里，我们报告的实验实现的超对称量子力学（SUSY QM）模型，减少的超对称量子场论研究其基本性质，使用捕获离子量子模拟器。我们证明了该模型中超对称性引起的能量简并和超对称性自发破缺。通过对自旋-声子耦合系统的部分量子态层析，我们明确地测量了玻色子态和费米子态的叠加，即简并基态的超荷。我们的工作表明，捕获离子量子模拟器作为一个经济而强大的平台，在一个单一的良好控制的系统中研究多功能的物理。
2022-05-30 quant-ph
Reliability of lattice gauge theories
目前，在量子模拟器中实现格点规范理论的实验工作正在进行中。然而，除了特定的模型，实际的量子模拟器永远无法微调到完美的局域规范不变性。因此，有一个严格的规范不变性破坏的理解，以及如何可靠地防止它的强烈需要。我们通过分析和数值证据表明，在规范不变性破坏项的存在下，规范破坏只在很短的时间内微扰积累扩散之前，只有在很长的时间。这种扩散可以被抑制到无限次的能量惩罚的过程，驱动动力学远离初始规范不变的部门。我们的研究结果提供了一个理论基础，突出了一个令人惊讶的鲁棒性规范理论量子模拟器。
2019-12-31 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech hep-lat
Tuning the Topological $θ$-Angle in Cold-Atom Quantum Simulators of Gauge Theories
规范理论中的拓扑$θ$ -角产生了一系列基本现象，包括电荷宇称对称性的破坏、动力学拓扑跃迁和禁闭-解除禁闭跃迁。与此同时，它也给理论研究带来了重大挑战，因为它意味着数值模拟中的符号问题。模拟量子模拟器开启了用这样的拓扑项来处理量子多体系统的美好前景，但是，与它们的数字对应物相反，它们还没有表现出控制$θ$角的能力。在这里，我们演示了如何可调拓扑$θ$ -长期可以添加到一个原型理论与$\mathrm{U}(1)$规范对称性，离散版本的量子电动力学在一个空间维度。正如我们所示，该模型可以实现实验中的单物种玻色-哈伯德模型在一个光学超晶格具有三个不同的空间周期，从而只需要标准的实验资源。通过含时密度矩阵重整化群方法和精确对角化的数值计算，我们基准的模型系统，并说明如何显着的效果，由于$θ$ -长期可以观察到。这些包括电荷限制，量子多体结疤的减弱，以及由于CP对称性的显式破缺而导致的科尔曼相变的消失。这项工作为研究大规模冷原子量子模拟器中拓扑规范理论项的丰富物理学打开了大门。
2022-04-15 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el hep-lat
Detailed Balance of Thermalization dynamics in Rydberg atom quantum simulators
大型复杂系统的动力学，如经典统计力学中的松弛平衡，通常服从一个主方程。该方程大大简化了复杂性，但描述了占用概率的基本信息。一个相关的基本问题是热化，一个孤立的多体量子态到一个似乎处于热平衡状态的相干演化。寻找一个有效的方程来描述这种复杂的动力学是很有价值的。在这里，我们实验研究的问题，通过观察突然淬火动力学的量子伊辛类模型实现在我们的量子模拟器，无缺陷的单原子镊子结合里德伯原子相互作用。我们发现，饱和的本地可观，热化签名，服从主方程实验构建的时间分辨监测的预淬火状态的占用概率和施加的细致平衡的原则。我们的实验符合理论，并证明了细致平衡热化动力学，不需要耦合到浴或假设的随机性。
2017-12-06 quant-ph
String breaking mechanism in a lattice Schwinger model simulator
本文利用光学晶格量子模拟器实验研究一维U(1)晶格规范理论中的弦断裂机制，通过调控质量和弦张力观测到共振条件下粒子-反粒子对的产生，为理解禁闭相和规范理论动力学提供了直接实验证据。
2024-11-23 cond-mat.quant-gas quant-ph
U(1) Wilson lattice gauge theories in digital quantum simulators
格点规范理论描述了自然界中的基本现象，但在经典计算机上计算它们的实时动力学是出了名的困难。在最近的出版物[Nature 534，516（2016）]中，我们提出并实验证明了范式Schwinger模型的数字量子模拟，这是一种描述费米子物质和规范玻色子之间相互作用的U（1）-Wilson格点规范理论。在这里，我们提供了一个详细的理论分析的性能和该协议的潜力。我们的策略是基于分析整合出的规范玻色子，保持精确的规范不变性，但在复杂的长程相互作用的物质场之间的结果。捕获离子平台自然适合于实现这些相互作用，允许模型的有效量子模拟，具有仅随系统大小多项式缩放的多个门操作。采用数值模拟，我们说明，相关的现象可以在较大的实验系统中观察到，作为一个例子，生产的粒子-反粒子对量子淬火后。我们从理论上研究了该计划对通用误差源的鲁棒性，并表明，不久的将来的实验可以达到有限大小的影响是微不足道的制度。我们还讨论了量子模拟理论的连续极限所面临的挑战。利用我们的方案，格点规范理论的基本现象可以探测到使用一组广泛的实验可及的可观测量，包括纠缠熵和真空持久振幅。
2016-12-27 hep-lat hep-th quant-ph
Lattice gauge theories and string dynamics in Rydberg atom quantum simulators
规范理论是我们理解粒子间基本相互作用的基石。它们的性质经常在动力学实验中被探测，例如在离子对撞机和高强度激光设备上进行的实验。描述这些强耦合系统的演化对经典计算机来说是一个艰巨的挑战，也是粒子物理现象量子模拟方法的关键公开任务之一。在这里，我们展示了最近在里德伯原子链上进行的实验如何自然地实现了在经典计算方法的边界处的系统尺寸的格点规范理论的实时动力学。我们证明了由强里德伯相互作用诱导的约束哈密顿动力学完全映射到$U(1)$格点规范理论的约束哈密顿动力学上。基于这种对应关系，我们表明，最近观察到的异常缓慢的动力学对应于一个字符串反转机制，让人想起通常观察到的规范理论中的字符串断裂。这是这个缓慢的动力学，我们说明在一维量子电动力学的背景下，在晶格的一般性。在同一个平台上，我们提出了一组实验，一般显示长寿命的振荡，包括粒子-反粒子对的演化。我们的工作表明，格点规范理论的量子模拟的最新技术水平是51量子比特，并将最近观察到的原子系统中的慢动力学与粒子物理中的原型现象联系起来
2019-09-27 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech hep-lat
Discrete Abelian Gauge Theories for Quantum Simulations of QED
我们研究了Wilson哈密顿形式下的格点规范理论。为了实现一维QED的量子模拟器，我们引入了一个具有离散规范对称性$\mathbb{Z}_n$的阿贝尔模型，它近似了大$n$的$U(1)$理论.我们分析了满足广义高斯定律的规范场的有限性和物理态的性质的作用。最后，我们讨论了一个可能的实施策略，涉及到一个有效的物理空间的动态。
2015-07-17 quant-ph
Configurable photonic simulator for quantum field dynamics
Friedrich-Schiller-University Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学）；Universität Ulm（乌尔姆大学）
本文提出光时间算法（OTA）框架，通过单一光学电路设计实现高效模拟多种自由量子场动力学，可灵活调整时间尺度、耦合结构等，适用于平坦和弯曲时空中的实复值场理论。
2026-06-28 hep-th quant-ph
Experimental verification of the area law of mutual information in a quantum field simulator
Vienna Center for Quantum Science and Technology, Atominstitut, TU Wien（维也纳量子科学与技术中心，原子研究所，维也纳工业大学）；Max-Planck Institute of Quantum Optics（马克斯·普朗克量子光学研究所）；Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST)（慕尼黑量子科学与技术中心）；Dahlem Center for Complex Quantum Systems, Freie Universität Berlin（达勒姆复杂量子系统中心，柏林自由大学）；Laboratoire Kastler Brossel, ENS-Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Collége de France（卡斯特尔布罗塞尔实验室，巴黎高等师范学院-巴黎文理研究大学，法国国家科学研究中心，索邦大学，法兰西学院）；Instituto de Telecomunicações（葡萄牙电信研究所）；Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa（里斯本理工大学，里斯本大学）
本研究通过超冷原子模拟器验证了量子场理论中互信息的面积定律，并探讨了温度和子系统分离距离对互信息的影响。
2023-03-07 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech quant-ph
Digital quantum simulation of lattice fermion theories with local encoding
本文提出一种平台无关的局域编码数字量子模拟策略，仅用单比特和双比特门模拟开放边界费米子格点场论，并通过数值仿真在 Hubbard 梯子中观测到自旋与电荷激发的时间尺度分离。
2024-08-22 cond-mat.str-el quant-ph
Atomic Quantum Simulation of U(N) and SU(N) Non-Abelian Lattice Gauge Theories
利用光晶格中的超冷碱土金属原子，基于量子链模型，构造了含费米子物质的U（N）和SU（N）格点规范理论的量子模拟器。这些系统与QCD有着共同的定性特征，包括在非零温度或重子密度下的手征对称性破缺和恢复。与经典模拟不同，量子模拟器不会遇到符号问题，并且可以实时解决相应的手征动力学。
2013-03-24 cond-mat.quant-gas hep-lat hep-th
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
Scattering of mesons in quantum simulators
在基本相互作用理论中模拟实时演化是当代理论物理学的核心挑战之一。冷原子平台是实现规范理论中非微扰现象的量子模拟的有希望的候选者，如真空衰变和强子碰撞，在直接实验的禁止条件下。在这项工作中，我们证明，目前的量子模拟器可以模仿线性粒子加速器，让访问的弹性和非弹性介子碰撞在低维阿贝尔规范理论的S-矩阵测量。考虑到$(1+1)$ -维$\mathbb{Z}_2$ -格点规范理论可以用里德伯原子阵列实现，我们提出了观测介子-介子散射过程的方案。我们提供了一个基准的理论研究的散射振幅在大费米子质量的制度，包括一个精确的解决方案有效的任意耦合强度。这使我们能够讨论非弹性散射通道的发生，具有不同内部结构的新介子的生产。我们提出了现实的波包碰撞，再现预测的截面峰的数值模拟。这项工作突出了量子模拟的潜力，使前所未有的访问实时散射动力学。
2021-06-10 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Thermalization dynamics of a gauge theory on a quantum simulator
规范理论构成了现代物理学的基础，其应用范围从基本粒子物理学和早期宇宙学到凝聚态系统。我们对U（1）对称规范场理论的幺正动力学进行了量子模拟，并证明了涌现的不可逆行为。高度约束的规范理论动力学被编码在一维玻色-哈伯德模拟器中，该模拟器通过动力学规范场耦合费米物质场。我们调查全球量子猝灭和平衡到一个稳定的状态以及近似的热合奏。我们的工作可能使难以捉摸的现象，如Schwinger对生产和弦断裂的调查，并铺平了道路，模拟更复杂的高维规范理论的量子合成物质设备。
2022-07-15 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech hep-lat
Scalable cold-atom quantum simulator for two-dimensional QED
提出了一个二维量子电动力学的模拟量子模拟器。U（1）格点规范场理论的建立采用了囚禁在光晶格中的超冷原子混合物中的种间自旋变化碰撞。在文献[1]的一维实现方案的基础上，我们设计了磁场的空间元格项，从而解决了在高维中实验实现现实规范理论的主要障碍。我们将我们的方法应用到纯规范理论，并讨论如何限制的电荷的现象可以描述的量子模拟器。
2020-12-18 cond-mat.quant-gas hep-ph quant-ph
Quantum Simulation of Abelian Lattice Gauge Theories via State-Dependent Hopping
我们开发了一个量子模拟器架构，适合于$U(1)$阿贝尔规范理论，如量子电动力学的模拟。我们的方法依赖于通过位于势垒处的中性或带电杂质粒子的内部量子态来控制粒子通过势垒的跳跃的能力。该方案在实验上是可行的，因为相关跳跃不需要微调的物种内和物种间的相互作用。我们研究了该方案在双阱势中的适用性，双阱势是模拟器的基本组成部分，无论是在单粒子还是多体平均场水平。此外，我们评估其性能不同的粒子相互作用和捕获，特别是对于原子-离子系统，在存在的微动。
2017-10-13 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Observation of Inelastic Meson Scattering in a Floquet System using a Digital Quantum Simulator
该研究利用超导量子处理器实现等价于一维 Floquet Z_2 格点规范理论的数字自旋链，观测介子禁闭、弦断裂及非弹性散射。
2025-08-28 quant-ph
Quantifying quantum speedups: improved classical simulation from tighter magic monotones
幻态的消耗将计算的稳定子模型提升为普适量子计算。在这里，我们提出了三种不同的经典算法来模拟这样的通用量子线路，并通过建立一个家庭的魔术单调的精确连接来表征它们。我们的第一个模拟器引入了一类新的准概率分布，并将其运行时连接到广义的负性概念。我们证明，该算法有显着改善指数缩放相比，所有先前的准概率模拟量子比特。我们的第二个模拟器是一个新的变种的稳定秩模拟算法，扩展到工作与混合状态和显着改善的运行时界限。我们的第三个模拟器通过丢弃负准概率来换取速度的精度。我们将每个算法的性能连接到相应的魔术单调，并通过全面表征单调，我们获得了精确的理解模拟运行时间和误差界。我们的分析揭示了这三种看似无关的模拟技术及其相关单调性之间的深刻联系。对于单量子比特态的张量积，我们证明了我们的单调性都是彼此相等的，乘法的和有效的可计算的，使我们能够对模拟器的性能缩放进行明确的比较。此外，我们的单调性建立了几个渐近和非渐近的状态相互转换和蒸馏率的界限。除了幻态理论，我们的经典模拟器可以适用于其他资源理论在某些公理下，我们证明了通过明确的应用到理论的量子相干性。
2021-03-21 quant-ph
Simulations of non-Abelian gauge theories with optical lattices
在强关联量子系统中发生的许多现象仍有待于结论性的解释。自然界中不存在孤立的自由夸克就是一个例子。它被归因于夸克禁闭，其起源尚不清楚。在重离子碰撞中研究的一般温度和密度下的核物质相图还没有解决。最后，我们还没有确定的高温超导理论。虽然我们有理论可以支撑这样的物理学，但我们缺乏工具来确定这些理论的实验结果。量子模拟器可以提供这样的工具。在这里，我们将展示如何设计非阿贝尔格点规范理论的量子模拟器。我们考虑的系统有几个应用：它们可以用来模拟夸克禁闭或研究二聚体和价键态（这可能与高温超导体有关）。
2013-10-01 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el hep-lat
Signatures of Topological Symmetries on a Noisy Quantum Simulator
本工作利用混合量子-经典算法在IBM Kingston噪声量子模拟器上实现了Ising共形场论的拓扑对称性本征态，并通过测量关联函数验证了其特征，展示了噪声量子模拟器研究低维量子场论的可行性。
2025-10-16 cond-mat.stat-mech hep-th math-ph
Quantum Simulation of the Bosonic Creutz Ladder with a Parametric Cavity
在微扰方法无效的物理系统中实现量子模拟器的兴趣越来越大。电路量子电动力学（cQED）的可扩展性和灵活性使其成为一个有前途的平台，以实现各种类型的模拟器，包括强耦合场论的晶格模型。在这里，我们使用多模超导参量腔作为硬件高效的模拟量子模拟器，实现了复杂的跳跃相互作用的合成维度的晶格。耦合图\textit{i.e.}是实现的模型，可以用\textit{in situ}编程实现。复值跳跃相互作用进一步允许我们模拟，例如，规范势和拓扑模型。作为演示，我们模拟了玻色子克鲁茨阶梯的一个格子。我们的特点与散射测量晶格，重建实验哈密顿和观察新兴的拓扑特征。这个平台可以很容易地扩展到更大的晶格和涉及其他相互作用的不同模型。
2021-01-11 quant-ph
Observation of gauge invariance in a 71-site Bose-Hubbard quantum simulator
现代对基本粒子的描述，如粒子物理学的标准模型所表述的，是建立在规范理论的基础上的。规范理论通过局部对称性约束来实现物理学的基本定律。例如，在量子电动力学中，高斯定律在带电物质和电磁场之间引入了一种内在的局部关系，它保护了许多显著的物理性质，包括无质量光子和长程库仑定律。用经典计算机求解规范理论是一项极其艰巨的任务，这激发了人们在微观工程量子器件中模拟规范理论动力学的积极努力。以前的成就实现了密度依赖的Peierls阶段没有定义一个局部对称性，实现映射到有效的模型，整合出无论是物质或电场，或仅限于非常小的系统。基本的规范对称性还没有在实验上观察到。在这里，我们报告了一个扩展的U（1）格点规范理论的量子模拟，并在实验上量化的规范不变性在一个多体系统包括物质和规范场。这些都是实现在无缺陷的玻色子原子阵列中的光学超晶格的71个网站。我们展示了完全可调的模型参数和基准的物质-规范相互作用，通过扫过量子相变。通过高保真度的操作技术，我们测量高斯定律被违反的程度，从相关的原子职业中提取局部规范不变态的概率。我们的工作提供了一种方法来探索规范对称性的基本粒子的相互作用，使用可控的大规模量子模拟器。
2020-08-30 cond-mat.quant-gas hep-lat hep-ph
A cold-atom quantum simulator for SU(2) Yang-Mills lattice gauge theory
非阿贝尔规范理论在粒子物理的标准模型中起着重要的作用，它揭示了一个部分未被探索的令人兴奋的物理现象世界。在这封信中，我们提出了一个非阿贝尔格点规范理论- SU（2）Yang-Mills在1+1维中的实现，使用超冷原子。值得注意的是，与以前的建议相反，在我们的模型中，规范不变性是角动量守恒的直接结果，因此是基本的和鲁棒的。我们的建议可以作为更高维实现的起点。
2012-11-15 cond-mat.quant-gas hep-lat hep-th
Quantum simulation of lattice gauge theories using Wilson fermions
量子模拟器有着令人兴奋的前景，可以让人们实时了解格点规范理论的动态，特别是在经典计算机难以计算的区域。然而，未来对格点规范理论的可扩展量子模拟的进展，关键取决于实验资源的有效利用。正如我们在这项工作中所讨论的，由于相对论性狄拉克哈密顿量离散化的基本非唯一性，规范理论的格点表示允许到目前为止尚未探索的优化。我们将讨论与晶格量子电动力学在二维时空中，我们表明，通过威尔逊费米子的配方提供了几个优势，比以前考虑交错费米子。值得注意的是，它使一个非常简化的光晶格设置，它减少了模拟动态规范场所需的自由度的数量。利用最佳表示，我们提出了一个实验的基础上的混合物的超冷原子被困在一个倾斜的光晶格。使用数值基准模拟，我们表明，一个国家的最先进的量子模拟器可以访问Schwinger机制，并绘制出其非微扰的发病。
2018-02-19 cond-mat.quant-gas hep-lat hep-ph
Towards $2+1$D quantum electrodynamics on a cold-atom quantum simulator
Università di Padova（帕多瓦大学）；Padua Quantum Technologies Research Center, Università degli Studi di Padova（帕多瓦量子技术研究中心，帕多瓦大学）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Sezione di Padova（意大利国家核物理研究所（INFN），帕多瓦分部）；Max Planck Institute of Quantum Optics（马克斯·普朗克量子光学研究所）；Ludwig Maximilian University of Munich（慕尼黑路德维希-马克西米利安大学）；Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST)（慕尼黑量子科学与技术中心）；University of Trento（特伦托大学）；INFN-TIFPA, Trento Institute for Fundamental Physics and Applications（INFN-TIFPA，特伦托基础物理与应用研究所）；Southern University of Science and Technology（南方科技大学）
本文提出利用冷原子量子模拟器实现(2+1)维U(1)格点规范理论的S=1截断，通过量子泽诺动力学实现规范保护，展示了高维格点规范理论的实验模拟前景。
2026-02-04 cond-mat.quant-gas hep-lat nucl-th
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
Entanglement Hamiltonian Tomography in Quantum Simulation
纠缠是量子多体物理的重要组成部分，在量子模拟器的封闭系统动力学中表征和量化纠缠是当今中尺度量子器件时代的一个突出挑战。在这里，我们讨论了一个有效的层析重建约化密度矩阵和纠缠自旋系统的光谱协议。关键的一步是一个参数化的约化密度矩阵的纠缠哈密顿量只涉及准本地少体条款。该分析适合于少量随机测量，并且可以独立验证。这种解释是由猝灭动力学中的共形场论和基态的Bisognano-Wichmann定理提出的。该协议不仅为量子模拟器中的这些理论提供了测试平台，而且还适用于这些制度之外。我们使用数值模拟的有效性和效率的协议的长距离伊辛模型在一维。此外，通过分析来自$10$和$20$离子量子模拟器的数据[Brydges \textit{et al.}，Science，2019]，我们展示了对猝灭动力学中纠缠谱演化的测量。
2020-10-06 quant-ph
Metastable confinement in Rydberg lattice gauge theories
Niels Bohr Institute, University of Copenhagen（哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所）；State Key Laboratory of Low-Dimensional Quantum Physics, Department of Physics, Tsinghua University（清华大学物理系低维量子物理国家重点实验室）；The Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics (ICTP)（阿卜杜斯·萨拉姆国际理论物理中心）；Frontier Science Center for Quantum Information（量子信息前沿科学中心）；Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università di Bologna（博洛尼亚大学物理与天文学系）
本研究在Rydberg晶格规范理论中观察到亚稳束缚现象，通过共振机制实现弦断裂，揭示了长程相互作用和时间依赖场对束缚和弦断裂的影响。
2026-02-26 cond-mat.quant-gas hep-lat hep-th
Simulability of observables in general probabilistic theories
不相容性的存在是量子理论最基本的特征之一，并且可以在理论的许多区别特征的核心中找到，例如贝尔不等式违反和无广播定理。通过经典操作从现有观测量中获得新观测量的方案，即所谓的观测量模拟，导致了测量相容性概念的扩展。我们认为，在一般概率理论的操作框架内的可观测量的模拟，并引入模拟不可约化的概念。虽然一个模拟不可约观测只能模拟本身，我们表明，任何观测可以模拟模拟不可约观测，这在量子的情况下，对应于极端的秩1正算子值的措施。我们还考虑的情况下，一组模拟器是限制在两种方式之一：无论是在模拟可观的数量或其数量的结果。前者被认为是密切相关的兼容性和$k$兼容性，而后者导致二分法的观测量的部分特征。除了量子的情况下，我们进一步证明了这些概念的状态空间描述的正多边形。
2018-06-01 quant-ph
Measurement of total phase fluctuation in cold-atomic quantum simulators
本文提出利用连续性方程重建局域流来提取相邻玻色气体总相位涨落的方法，并通过一维量子场论模拟实验揭示此前隐藏的相位和模扇区，扩展了冷原子量子模拟器的探测能力。
2025-02-22 cond-mat.quant-gas quant-ph
Spin systems as quantum simulators of quantum field theories in curved spacetimes
本文证明一般二维弯曲时空的量子场论可由一维环上自旋-1/2模型实现，建立参数对应字典，并以FLRW度量和伊辛模型为例模拟马约拉纳粒子产生及安鲁效应，为量子模拟弯曲时空现象提供可行途径。
2025-05-27 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech gr-qc
Emerging 2D Gauge theories in Rydberg configurable arrays
求解二维或三维空间中的强耦合规范理论在从高能物理到凝聚态物质的物理学的几个领域中具有根本的重要性。在晶格上，规范不变性和规范不变（格元）相互作用涉及（至少）四体相互作用，这是具有挑战性的实现。在这里，我们表明，在当前的镊子实验中实现的可配置阵列中的里德伯原子是实现Rokhsar-Kivelson哈密顿量的可扩展模拟器的天然平台-一种描述量子二聚体和自旋冰动力学的二维U（1）格点规范理论。使用电磁对偶性，我们实现的元格相互作用的拉比振荡受到里德堡封锁。值得注意的是，我们表明，通过控制阵列中的原子排列，我们可以设计各向异性的相互作用和广义封锁条件的自旋原子对。我们描述了如何制备共振价键和Rokhsar-Kivelson哈密顿量的晶体相，并通过现场测量它们的量子关联来探测它们及其猝灭动力学。我们讨论了我们的Rydberg模拟器的潜在应用格点规范理论和奇异自旋模型。
2020-06-11 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el quant-ph
Quantum simulation of out-of-equilibrium dynamics in gauge theories
本文综述了规范理论非平衡动力学量子模拟领域的最新实验与理论进展，介绍了相关技术基础、可研究的物理现象及未来发展方向，为跨学科物理问题研究提供了量子模拟路径。
2025-09-03 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Quantum Imaginary Time Evolution Algorithm for Quantum Field Theories with Continuous Variables
我们使用连续变量版本的量子虚时演化算法计算了格点上相互作用标量量子场论的能级和相应的本征态。在晶格上的每个点处的场的模拟仅需要单个qumode。我们的量子算法避免了使用非高斯量子门，而是依赖于探测器投影到光子数算子的本征态。使用Xanadu的Strawberry Fields模拟器，我们得到的结果与精确计算的结果非常吻合的能级。我们提出了一个实验装置，可以实现与现有技术。
2021-07-02 hep-th quant-ph
Quantum simulation of thermal field theories
Instituto Galego de Física de Altas Enerxías, IGFAE, Universidade de Santiago de Compostela（加利西亚高等物理研究所，IGFAE，圣地亚哥德孔波斯特拉大学）
该研究利用量子算法开展热场论研究，探讨通用数字量子计算机上量子场的量子比特表示及热性质评估算法，展示1+1维费米子与标量场热场论数值结果，旨在理解热固定点以支撑后续量子场论热化实时模拟研究。
2024-12-03 hep-ph quant-ph
Ergodicity breaking meets criticality in a gauge-theory quantum simulator
研究通过Rydberg原子阵列探索了量子临界性与遍历性破坏的相互作用，揭示了量子多体疤痕对动力学的影响。
2025-12-29 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
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
Engineering and harnessing long-range interactions for atomic quantum simulators
本文综述了冷原子领域实现光势阱原子长程相互作用的各类策略，展示其在凝聚态、格点规范理论、化学电子构型模拟等领域的应用，并对比数字模拟与量子计算方案讨论了该平台的挑战与机遇。
2025-06-12 cond-mat.quant-gas quant-ph
Analog Quantum Simulator of a Quantum Field Theory with Fermion-Spin Systems in Silicon
本文提出利用硅中掺杂原子阵列构建原生费米子-自旋模拟量子模拟器，实现扩展Jackiw-Rebbi模型，并证明在该平台上可模拟动力学质量生成和禁闭-退禁闭相变，为硅基量子场论模拟奠定基础。
2024-07-03 cond-mat.mes-hall hep-lat hep-ph
Scalable cold-atom quantum simulator of a $3+1$D U$(1)$ lattice gauge theory with dynamical matter
Università di Torino（都灵大学）；Max Planck Institute of Quantum Optics（马克斯·普朗克量子光学研究所）；Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST)（慕尼黑量子科学与技术中心）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Southern University of Science and Technology（南方科技大学）；Ludwig Maximilian University of Munich（慕尼黑大学）；Kyung Hee University（庆熙大学）
本研究提出了一种可扩展的冷原子量子模拟器，用于三维U(1)晶格规范理论，通过线性规范保护和类比量子误差缓解方法，实现了对QED的高精度模拟。
2026-01-07 cond-mat.quant-gas hep-lat quant-ph
Two-dimensional $\mathbb{Z}_2$ lattice gauge theory on a near-term quantum simulator: variational quantum optimization, confinement, and topological order
我们提出了一个二维的$\mathbb{Z}_2$格点规范理论模型的浅量子线路，涉及到一些单和双量子比特门的实现与当今和不久的将来的技术可以实现。基态制备的数值分析与变分量子算法，它需要少量的参数，以达到高的结晶度，可以有效地扩大到更大的系统上的小晶格。尽管我们考虑的晶格尺寸减小，但通过测量威尔逊圈算子或拓扑熵的期望值，可以检测到受限和解除受限制度之间的过渡。此外，如果实施周期性边界条件，相同的最优解是可转移的所有四个不同的拓扑扇区，而不需要进一步优化的变分参数。我们的工作表明，变分量子算法提供了一个有用的技术，可以添加到日益增长的工具箱数字模拟的格点规范理论。
2022-07-05 hep-lat quant-ph
A Rydberg Quantum Simulator
在费曼之后，劳埃德详细阐述了通用量子模拟器（QS）是一种受控量子设备，它可以再现任何其他具有短程相互作用的多粒子量子系统的动力学。这种动力学可以指相干哈密顿量和耗散开放系统演化。我们研究了激光激发的大间距光学或磁性晶格中的里德伯原子如何为涉及（高阶）n体相互作用的自旋模型提供一个有效的通用QS实现。这包括模拟奇异自旋模型的哈密顿量，涉及n粒子的约束，如Kitaev复曲面代码，颜色代码，和格点规范理论与自旋液相。此外，它提供了基于工程n粒子库耦合耗散制备纠缠态的成分。我们的架构的关键基本构建块是通过辅助里德伯原子的高效和高保真的n量子比特纠缠门，包括通过光泵浦的可能的耗散时间步长。这允许通过一系列快速、并行和高保真的n粒子相干和耗散里德堡门来模拟系统的时间演化。
2012-04-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Constrained dynamics via the Zeno effect in quantum simulation: Implementing non-Abelian lattice gauge theories with cold atoms
我们展示了如何工程经典噪声可以用来产生约束哈密顿动力学的原子量子模拟器的多体系统，利用连续芝诺效应。在讨论了一般理论框架之后，我们重点讨论了格点规范理论背景下的应用，其中施加奇异的准局部约束通常具有挑战性。我们证明了阿贝尔和非阿贝尔规范理论的计划的有效性，并讨论了工程耗散约束如何取代复杂的，非局部的相互作用模式的全球耦合激光场。
2014-04-11 cond-mat.quant-gas hep-lat quant-ph
Cold ion beam in a storage ring as a platform for large-scale quantum computers and simulators: challenges and directions for research and development
本文的目的是评估的可能性，构建一个大规模的存储环型离子阱系统，能够存储，冷却和控制大量的离子作为一个平台，可扩展的量子计算（QC）和量子模拟（QS）。在这样的阱中，离子形成沿着圆形路径以恒定速度移动的晶体束，该恒定速度由冷却激光器的频率和强度确定。在本文中，我们考虑了量子比特数量的巨大飞跃，从今天最先进的线性离子阱设备中的不到100个到存储环设置中的105个结晶离子。这种新的阱设计统一了两种不同的概念：带电粒子的存储环和用于QC和质谱的线性离子阱。本文用粒子加速器的语言讨论了离子的状态和动力学。我们概述了上述概念之间的差异，分析了具有旋转离子束的大环的挑战，并提出了使未来量子计算机具有比现在多1000倍的量子位所需的研究和开发目标。创建这样一个大规模的量子系统，同时保持量子比特的必要相干性和量子逻辑运算的高保真度，这是一个巨大的挑战。执行模拟量子模拟可以是这种设备可实现的初始目标。复杂量子系统的量子模拟将推动基础科学和应用研究的发展。核物理和粒子物理、多体量子系统、格点规范理论和原子核结构计算只是其中的几个例子，大规模量子模拟系统将是推进我们对自然的理解的一个非常强大的工具。
2021-01-12 quant-ph
Superconducting Quantum Simulator for Topological Order and the Toric Code
拓扑有序性正被确立为表征和分类凝聚态系统基态的中心标准，并补充了基于对称性的分类。分数量子霍尔系统和量子自旋液体由于其有趣的量子关联、奇异的激发以及保护存储的量子信息不受错误影响的前景而受到人们的极大关注。在这里，我们表明，这类系统的中心模型的哈密顿，复曲面代码，可以直接实现为一个模拟量子模拟器在超导电路的晶格。在我们的概念中，位于其核心的四体相互作用是通过超导量子干涉器件（SQUID）实现的，该器件由适当振荡的通量偏置驱动。所有物理量子位和耦合SQUID都可以高精度地单独控制。拓扑有序的状态可以通过绝热斜坡的稳定剂相互作用来制备。量子位算子的串，包括沿着不可收缩回路的稳定器和相关性，可以经由与读出谐振器的电容耦合来读出。此外，可用的单量子位操作允许创建和传播复曲面码的基本激发并验证其分数统计。我们提出的架构允许实现各种各样的多体相互作用，从而提供了一个通用的模拟量子模拟器的拓扑秩序和格点规范理论。
2017-03-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
