Academic literature on the topic 'Quantum Simulation, Quantum Simulators, QED, Lattice Gauge Theory'

Some past and ongoing explorations of the spectrum of QCD using Monte Carlo simulations on a space-time lattice are described. Glueball masses in the pure-gauge theory are reviewed, and the energies of gluonic excitations in the presence of a static quark-antiquark pair are discussed. Current efforts to compute the baryon spectrum using extended three-quark operators are also presented, emphasizing the need to use irreducible representations of the cubic point group to identify spin quantum numbers in the continuum limit.

The theory that explains the strong interactions of the elementary particles, as part of the standard model, it is the so-called Quantum Chromodynamics (QCD) theory. In regimes of low energy this theory it is formulated and solved in a lattice with four dimensions using numerical simulations. This method it is called the lattice QCD theory. Quark propagator it the most important element that is calculated because it contains the physical information of lattice QCD. Computing quark propagator of chiral fermions in lattice means that we should invert the chiral Dirac operator, which has high complexity. In the standard inversion algorithms of the Krylov subspace methods, that are used in these kinds of simulations, the time of inversion is scaled with the inverse of the quark mass. In lattice QCD simulations with chiral fermions, this phenomenon it is knowing as the critical slowing-down problem. The purpose of this work is to show that the preconditioned GMRESR algorithm, developed in our previous work, solves this problem. The preconditioned GMRESR algorithm it is developed in U(1) group symmetry using QCDLAB 1.0 package, as good “environment” for testing new algorithms. In this paper we study the escalation of the time of inversion with the quark mass for this algorithm. It turned out that it is a fast inversion algorithm for lattice QCD simulations with chiral fermions, that “soothes” the critical slowing-down of standard algorithms. The results are compared with SHUMR algorithm that is optimal algorithm used in these kinds of simulations. The calculations are made for 100 statistically independent configurations on 64 x 64 lattice gauge U(1) field for three coupling constant and for some quark masses. The results showed that for the preconditioned GMRESR algorithm the coefficient k, related to the critical slowing down phenomena, it is approximately - 0.3 compared to the inverse proportional standard law (k = -1) that it is scaled SHUMR algorithm, even for dense lattices. These results make more stable and confirm the efficiency of our algorithm as an algorithm that avoid the critical slowing down phenomenon in lattice QCD simulations. In our future studies we have to develop the preconditioned GMRESR algorithm in four dimensions, in SU (3) lattice gauge theory.

La simulazione di un sistema quantistico complesso rappresenta ancora oggi una sfida estremamente impegnativa a causa degli elevati costi computazionali. La dimensione dello spazio di Hilbert cresce solitamente in modo esponenziale all'aumentare della taglia, rendendo di fatto impossibile una implementazione esatta anche sui più potenti calcolatori. Nel tentativo di superare queste difficoltà, sono stati sviluppati metodi stocastici classici, i quali tuttavia non garantiscono precisione per sistemi fermionici fortemente interagenti o teorie di campo in regimi di densità finita. Di qui, la necessità di un nuovo metodo di simulazione, ovvero la simulazione quantistica. L'idea di base è molto semplice: utilizzare un sistema completamente controllabile, chiamato simulatore quantistico, per analizzarne un altro meno accessibile. Seguendo tale idea, in questo lavoro di tesi si è utilizzata una teoria di gauge discreta con simmetria Zn per una simulazione dell'elettrodinamica quantistica in (1+1)D, studiando alcuni fenomeni di attivo interesse di ricerca, come il diagramma di fase o la dinamica di string-breaking, che generalmente non sono accessibili mediante simulazioni classiche. Si propone un diagramma di fase del modello caratterizzato dalla presenza di una fase confinata, in cui emergono eccitazioni mesoniche ed antimesoniche, cioè stati legati particella-antiparticella, ed una fase deconfinata.

I metodi di calcolo tradizionali per le teorie di gauge su reticolo risultano problematici in regioni di diagrammi di fase a grandi valori del potenziale chimico o quando sono utilizzate per riprodurre la dinamica in tempo reale di un modello. Tali problemi possono essere evitati da simulazioni quantistiche delle teorie di gauge su reticolo, le quali stanno diventando sempre più riproducibili sperimentalmente, grazie ai recenti progressi tecnologici. In questa tesi formuliamo una versione delle teorie di Yang-Mills su reticolo appropriata per risolvere il problema della dimensione infinita dello spazio di Hilbert associato ai bosoni di gauge. Questa formulazione è adatta per essere riprodotta in un simulatore quantistico e ne implementiamo una completa simulazione su un computer quantistico digitale, sfruttando il framework Qiskit. In questa simulazione misuriamo le energie del ground state e i valori di aspettazione di alcuni Wilson loop al variare dell'accoppiamento della teoria, per studiarne le fasi e valutare la prestazione dei metodi usati.

Thesis (Ph. D.)--Ohio State University, 2005.<br>Title from first page of PDF file. Document formatted into pages; contains x, 94 p.; also includes graphics Includes bibliographical references (p. 52-54). Available online via OhioLINK's ETD Center