Record #359485 - GSI Repository

DFG project G:(GEPRIS)554011053

QS-Gauge: Quantensimulation von Gittereichtheorien

Coordinator	Dr. Torsten Zache
Grant period	2025 -
Funding body	Deutsche Forschungsgemeinschaft
	DFG
Identifier	G:(GEPRIS)554011053

Note: Eichtheorien sind allgegenwärtig in der Physik, mit Anwendungen von fundamentaler Hochenergiephysik (HEP) über emergente Phänomene kondensierter Materie bis hin zu Quanteninformations-Wissenschaft und -Technologie. Ihr Studium benötigt oft nicht-perturbative numerische Simulationen und einige interessante Bereiche sind bisher unerreichbar aufgrund numerischer Vorzeichen-Probleme von Monte-Carlo Simulationen. Motiviert durch kürzliche Fortschritte in der Kontrolle synthetischer Quanten-Systeme, adressiert QS-Gauge die Quantensimulation von Gittereichtheorien (LGT) jenseits der Reichweite klassischer Rechnungen. Unsere Ziele sind es (i) eine Klasse von regularisierten Eichtheorien co-designed für Quantensimulationen zu etablieren, die (ii) die Konstruktion von digitalen Quantenalgorithmen zugeschnitten auf "LGT-bewusste" Hardware ermöglicht, und (iii) paradigmatische Phänomene wie Confinement mittels klassischer Tensornetzwerk (TN) Simulationen, welche gleichzeitig als Vergleichsmaßstab für Quantengeräte dienen, zu analysieren. GS-Gauge basiert auf einer unkonventionellen Verallgemeinerung der etablierten Hamilton'schen Kogut-Susskind Formulierung von LGTs, bei der die definierende nicht-abelsche Lie Algebra zu einer Quantengruppe deformiert wird. Die resultierenden Theorien sind verwandt mit String-Net Modellen, die zur Klassifikation topologischer Ordnung von kondensierter Materie verwendet werden, was wir ausnutzen werden um TNs für HEP Anwendungen anzupassen. Da diese so trunkierten nicht-abelschen LGTs effizient als Multi-Level Systeme dargestellt werden können, verfolgen wir die Entwicklung von Algorithmen für Qudits anstelle von Qubits als elementare Informationsträger. In enger Zusammenarbeit mit experimentellen Kollegen und in Synergie mit der Entwicklung früher fehler-toleranter Hardware, liegt unser Fokus auf gefangenen Ionen Qudit Quantencomputern und fermionischen erd-alkali Rydberg Atomen für optimierte (Fermion-)Qudit Architekturen. Unsere Ergebnisse lassen weitreichende interdisziplinäre Auswirkungen erwarten und werden die Entwicklung von zukünftigen Quantengeräten informieren, auch für die Festkörperphysik, Quantenchemie und allgemeine Quanteninformationsverarbeitung.

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Record created 2025-05-10, last modified 2025-05-18

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