优化用于模拟施温格效应的量子算法

描述1+1维时空下格点量子电动力学的施温格模型,为研究量子场论基本特性提供了重要框架,并成为通往非阿贝尔规范理论的基石。该模型尤其适用于研究诸如非微扰粒子-反粒子对产生(即施温格效应)等关键动力学过程。本工作从量子计算资源需求角度,分析了两种场景下模拟施温格效应的方案:(1)淬火过程——初始态为非相互作用理论的简单乘积态,在t=0时刻突然开启相互作用;(2)分裂(或散射)过程——两个具有特定初始动量的高斯波包相互远离(或靠近)。研究团队通过调节初始动量、耦合强度以及格点尺寸、电场截断等模拟参数,系统探索了施温格效应可观测的不同物理区域。基于已知的电场截断严格界限,该工作证实高截断标度下可实现对施温格效应的可靠模拟。此外,研究人员针对二阶Trotter公式和基于戴森级数的相互作用绘景算法,分别开发了优化的量子电路实施方案以执行时间演化。详细的资源估算揭示了两种算法各自优势的适用区域,其中改进的理论误差界限、优化的量子电路设计以及明确编译的子程序可广泛应用于高能物理及其他领域的格点模型模拟。

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