Skip to main content
Przejdź do strony domowej Komisji Europejskiej (odnośnik otworzy się w nowym oknie)
polski pl
CORDIS - Wyniki badań wspieranych przez UE
CORDIS

Quantum Simulation of Lattice Gauge Theories - Exploring fundamental physics in the era of quantum information

Opis projektu

Przełamywanie barier obliczeniowych w teoriach cechowania

Teorie cechowania to matematyczne ramy wykorzystywane w fizyce do opisu fundamentalnych sił i oddziaływań, od fizyki cząstek wysokoenergetycznych po systemy materii skondensowanej. Opierają się na symetriach, aby wyjaśnić, w jaki sposób cząstki oddziałują ze sobą i są niezbędne do zrozumienia elektromagnetyzmu i chromodynamiki kwantowej. Jednak ich badanie często wymaga trudnych obliczeniowo symulacji. Finansowany przez ERBN projekt QS-Gauge zajmie się opracowaniem symulacji kwantowych dla siatkowych teorii cechowania (LGT), które reprezentują przestrzeń jako siatkę. Naukowcy sformułują LGT przy użyciu modeli opartych na grupach kwantowych. Pozwoli to na ich praktycznie efektywną reprezentację jako kuditów (systemów wielopoziomowych) zamiast kubitów i umożliwi opracowanie dostosowanych algorytmów kwantowych. Zaproponowane prace mogą zmienić rozwój przyszłych urządzeń kwantowych, ponieważ mają implikacje również dla fizyki materii skondensowanej i chemii kwantowej.

Cel

Gauge theories are ubiquitous in physics with applications ranging from fundamental high-energy physics(HEP) over emergent condensed matter phenomena to quantum information science and technology. Their study often requires non-perturbative numerical simulations and several regimes of interest remain inaccessible due to the numerical sign problem of Monte-Carlo simulations. Motivated by recent advances in the control of synthetic quantum systems QS-Gauge addresses the quantum simulation of lattice gauge theories (LGTs)
beyond the reach of classical computations.
Our objectives are (i) to establish a class of regularized gauge theories co-designed for quantum simulation, enabling (ii) the construction of digital quantum algorithms tailored to “LGT-aware” hardware, and (iii) to analyze paradigmatic phenomena such as confinement using classical tensor network (TN) simulations which serve as benchmarks for quantum devices.
QS-Gauge is based on an unconventional generalization of the well-established Kogut-Susskind Hamiltonian formulation of LGTs, where the defining non-abelian Lie algebra is deformed to a quantum group. The resulting theories are related to string-net models employed for the classification of topological order in condensed matter which we will leverage to adapt TNs to HEP applications. As these truncated non-abelian LGTs are efficiently represented as multi-level systems, we pursue the development of quantum algorithms for qudits instead of qubits as elementary information carriers. In close collaboration with experimental colleagues and in synergy with the development of early fault-tolerant hardware, we focus on trapped-ion qudit quantum computers and fermionic alkaline-earth Rydberg atoms for optimized (fermion-)qudit architectures. Our results are expected to have far-reaching interdisciplinary impact and inform the development of future quantum devices, also for condensed matter physics, quantum chemistry and general quantum information processing.

Dziedzina nauki (EuroSciVoc)

Słowa kluczowe

Program(-y)

Temat(-y)

System finansowania

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

Wyświetl wszystkie projekty finansowane w ramach tego programu finansowania

Zaproszenie do składania wniosków

(odnośnik otworzy się w nowym oknie) ERC-2025-STG

Wyświetl wszystkie projekty finansowane w ramach tego zaproszenia

Instytucja przyjmująca

UNIVERSITAET INNSBRUCK
Wkład UE netto
€ 750 626,00
Koszt całkowity
€ 750 626,16

Beneficjenci (2)