On the Societal Impact of Open Foundation Models

paper

2023·arXiv·arxiv.org/abs/2310.15091

Authors

Marco Ballarin·Giovanni Cataldi·Giuseppe Magnifico·Daniel Jaschke·Marco Di Liberto·Ilaria Siloi·Simone Montangero·Pietro Silvi

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Year

2023

arXiv:2310.15091 DOI:10.22331/q-2024-09-04-1460 Semantic Scholar

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Abstract

We numerically analyze the feasibility of a platform-neutral, general strategy to perform quantum simulations of fermionic lattice field theories under open boundary conditions. The digital quantum simulator requires solely one- and two-qubit gates and is scalable since integrating each Hamiltonian term requires a finite (non-scaling) cost. The exact local fermion encoding we adopt relies on auxiliary $\mathbb{Z}_2$ lattice gauge fields by adding a pure gauge Hamiltonian term akin to the Toric Code. By numerically emulating the quantum simulator real-time dynamics, we observe a timescale separation for spin- and charge-excitations in a spin-$\frac{1}{2}$ Hubbard ladder in the $t-J$ model limit.

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[2310.15091] Scalable digital quantum simulation of lattice fermion theories with local encoding 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 

 
 
 
 
 
 † † * These authors contributed equally to this work. 
 Scalable digital quantum simulation of lattice fermion theories with local encoding

 
 
 Marco Ballarin
 
 Dipartimento di Fisica e Astronomia “G. Galilei”, Università di Padova, I-35131 Padova, Italy.
 
 Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Sezione di Padova, I-35131 Padova, Italy.
 
    
 Giovanni Cataldi
 
 Dipartimento di Fisica e Astronomia “G. Galilei”, Università di Padova, I-35131 Padova, Italy.
 
 Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Sezione di Padova, I-35131 Padova, Italy.
 
    
 Giuseppe Magnifico
 
 Dipartimento di Fisica e Astronomia “G. Galilei”, Università di Padova, I-35131 Padova, Italy.
 
 Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Sezione di Padova, I-35131 Padova, Italy.
 
 Dipartimento di Fisica, Università di Bari, I-70126 Bari, Italy.
 
    
 Daniel Jaschke
 
 Dipartimento di Fisica e Astronomia “G. Galilei”, Università di Padova, I-35131 Padova, Italy.
 
 Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Sezione di Padova, I-35131 Padova, Italy.
 
 Institute for Complex Quantum Systems, Ulm University, Albert-Einstein-Allee 11, 89069 Ulm, Germany
 
    
 Marco Di Liberto
 
 Dipartimento di Fisica e Astronomia “G. Galilei”, Università di Padova, I-35131 Padova, Italy.
 
 Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Sezione di Padova, I-35131 Padova, Italy.
 
 Padua Quantum Technologies Research Center, Università degli Studi di Padova
 
    
 Ilaria Siloi
 
 Dipartimento di Fisica e Astronomia “G. Galilei”, Università di Padova, I-35131 Padova, Italy.
 
 Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Sezione di Padova, I-35131 Padova, Italy.
 
 Padua Quantum Technologies Research Center, Università degli Studi di Padova
 
    
 Simone Montangero
 
 Dipartimento di Fisica e Astronomia “G. Galilei”, Università di Padova, I-35131 Padova, Italy.
 
 Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Sezione di Padova, I-35131 Padova, Italy.
 
 Padua Quantum Technologies Research Center, Università degli Studi di Padova
 
    
 Pietro Silvi
 
 Dipartimento di Fisica e Astronomia “G. Galilei”, Università di Padova, I-35131 Padova, Italy.
 
 Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Sezione di Padova, I-35131 Padova, Italy.
 
 Padua Quantum Technologies Research Center, Università degli Studi di Padova
 
 

 
 Abstract

 We numerically analyze the feasibility of a platform-neutral, general strategy to perform quantum simulations of fermionic lattice field theories under open boundary conditions.
The digital quantum simulator requires solely one- and two-qubit gates and is scalable since integrating each Hamiltonian term requires a finite (non-scaling) cost. The exact local fermion encoding we adopt relies on auxiliary ℤ 2 subscript ℤ 2 \mathbb{Z}_{2} lattice gauge fields by adding a pure gauge Hamiltonian term akin to the T

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