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Phase structure of gauge theories via digital quantum computers

通过数字量子计算机研究规范理论的相结构

基本信息

批准号：
20K14479
负责人：
富谷昭夫
金额：
$ 2.75万
依托单位：
International Professional University of Technology in Osaka (2021-2022)Institute of Physical and Chemical Research (2020)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、量子計算の手法を活用して、特にシュウィンガーモデルの相構造の理解を深めることができた。シュウィンガーモデルは相対論的量子電磁気学の一部であり、その理解は物理学全体の理解を深めるのに極めて重要である。我々は、変分量子アルゴリズムを駆使して、従来のモンテカルロ法では解明することが困難であった有限密度領域の相構造を明らかにした。具体的には、量子計算シミュレータ上でシュウィンガーモデルの変分波動関数・変分状態を実現した。これにより、相互作用や有限温度効果を考慮したハミルトニアンの計算に必要な変分波動関数を用意し、その量子論的・統計力学的な期待値を計算することが可能となった。さらに、有限温度と密度を持つシュウィンガーモデルの相図を作成した。相図は物質の性質を示す重要なツールであり、その生成は本研究の重要な成果である。この成果は、古典と量子のハイブリッドアルゴリズムであるBeta-VQEアルゴリズムを活用することで達成された。我々の研究は、従来の格子QCDの計算と同様に、連続極限や有限体積効果の評価を行った。その結果、有限温度T>0および化学ポテンシャルμ>0のシュウィンガーモデルの相図の定性的な描像を得ることができた。これは、量子計算を利用して物理学の未解決問題に対する新たな視点を提供する重要な一歩である。以上の成果は、量子計算が物理の未解決問題に対する有力な手法であることを実証した。量子シミュレーションの分野において、これは基礎的な発展を促すものであり、今後の研究における新たな可能性を示唆している。

In this paper, we study the application of quantum computing techniques, especially the understanding of phase structure. The understanding of quantum electromagnetism as a part of relativistic theory is of great importance to the understanding of physics as a whole. We have a lot of difficulties in solving the problem of phase structure in finite density domain. The specific quantum computing system is implemented on the basis of the number of components. For example, the interaction and finite temperature effect are considered, and the calculation of the necessary component ratio is carried out. For example, the calculation of the expected value of the quantum theory is carried out. The temperature, density and phase of the system are finite. The properties of matter are important, and their formation is an important achievement of this research. The results of this study are based on the classical and quantum theory. We study the calculation of lattice QCD and the evaluation of finite volume results. The result is that the finite temperature T>0 and chemical parameters μ>0 are obtained by qualitative imaging. This is an important step in the application of quantum computing to unsolved problems in physics. The above results are a powerful way to solve unsolved problems in quantum computing. The division between quantum chemistry and physics will promote the development of this foundation and reveal new possibilities for future research.