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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。

This study では, quantum computing のを use して, にシュウィンガーモデルの phase structure の understand を deep めることができた. シュウィンガーモデルは electromagnetic の気 learn a moral theory of quantum であり, その understanding は physics all のを deep めるのに extremely めて important である. I 々は, - component アルゴリズムを駆 make して, 従のモンテカルロ method では interpret することが difficult であったの limited density field phase structure を Ming らかにした. Specific には, quantum computing シミュレータ on でシュウィンガーモデルの - points fluctuations, masato several variations, state を be presently した. これによりや, interaction finite temperature working fruit を consider したハミルトニアンの computing にな necessary - wave number of masato を intention し, その on the quantum theory, statistical mechanics な expect numerical を computing することが may となった. Youdaoplaceholder0 and the finite temperature と density を are made by holding the をシュウィ <s:1> ガガモデモデモデモデ <s:1> <s:1> <s:1> をを. The を properties of the <s:1> substance <e:1> in the diagram indicate す important な <s:1> をであであ and そ respectively generate <s:1> important な results である of this study. この results は, classical と quantum 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 use することで reached された. I 々々 study った and 従 to calculate と in the QCD of the <s:1> grid と, に in the same way, 続 in conjunction with the や limit や of finite volume effect <s:1> evaluate 価を and った. その results, finite temperature T > 0 および chemical ポテンシャル mu > 0 のシュウィンガーモデルの phase 図の qualitative な trace as をることができた. これは, quantum computing をして physics の unresolved problem にす seaborne る new たな viewpoints を provide する important な step である. The above <s:1> achievements <e:1>, the unsolved problems of quantum computing が physics <e:1> に against する powerful な methods であるとをとをとを realistic evidence た. Quantum シミュレーションの eset において, これは based な発 exhibition を promote すものであり, future study にのおける new たをな possibility in stopping している.