发表机构
RIKEN Center for Interdisciplinary Theoretical and Mathematical Sciences (iTHEMS), RIKEN; Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences; RIKEN Center for Computational Science (R-CCS); South China Normal University（理化学研究所交叉理论科学中心 (iTHEMS); 中国科学院高能物理研究所; 理化学研究所计算科学中心 (R-CCS); 华南师范大学）
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该研究开发了基于极大树规范和量子奇异值变换（QSVT）的量子算法框架，证明非阿贝尔杨-米尔斯理论可在量子计算机上高效模拟，为非微扰QCD动力学的量子模拟奠定基础。
AI 中文摘要
我们开发了一种用于高效模拟杨-米尔斯理论的量子算法框架，包括量子色动力学（QCD）中的SU(3)规范理论。该框架利用极大树规范处理规范场变量，消除所有局域规范冗余。在得到的规范固定形式及场幅基下的数字化结果中，我们证明哈密顿量时间演化可基于量子奇异值变换（QSVT）实现高效执行。我们推导了量子比特总数和门复杂度的上界，发现其随逆模拟精度1/εₛ、格点体积𝒱、规范耦合g及目标能量尺度E呈多项式缩放。我们的结果提供了严格的复杂性理论证明，表明非阿贝尔杨-米尔斯理论可在量子计算机上高效模拟，为非微扰QCD动力学的第一性原理量子模拟铺平了道路。
英文摘要
We develop a quantum algorithmic framework for the efficient simulation of Yang--Mills theories, including the $\mathrm{SU}(3)$ gauge theory in Quantum Chromodynamics (QCD). The framework uses maximal-tree gauge in terms of gauge field variables that removes all local gauge redundancies. In the resulting gauge-fixed formulation and digitization in the field-amplitude basis, we show that Hamiltonian time evolution admits an efficient implementation based on quantum singular value transformation (QSVT). We derive upper bounds on the total number of qubits and gate complexity, finding polynomial scaling with the inverse simulation precision $1/\varepsilon_s$, lattice volume $\mathcal{V}$, gauge coupling $g$, and target energy scale $E$. Our results provide a rigorous complexity-theoretic demonstration that non-Abelian Yang--Mills theories can be simulated efficiently on quantum computers, paving the way toward first-principles quantum simulations of non-perturbative QCD dynamics.
Comments5+14 pages, 2+4 figures
