Quantum simulation of particle scattering using single-particle digitization

• Project/Area Number: 24K07042
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 飯山 悠太郎 東京大学, 素粒子物理国際研究センター, 助教 (10878177)
• Project Period (FY): 2024-04-01 – 2029-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2028: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2027: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2026: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2025: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
• Keywords: 量子コンピュータ / 場の量子論 / 量子系シミュレーション / 高エネルギー散乱 / 量子アルゴリズム

Outline of Research at the Start

実験素粒子物理学において、粒子の散乱現象のシミュレーションは必要不可欠であるが、現状これは摂動論的な計算に基づいており、素粒子の量子力学的な振る舞いを捉えきれていない可能性がある。量子コンピュータを利用することで、素粒子を記述する場の量子論を非摂動論的に計算できると期待されているが、一般的な計算法は非現実的なほどの数の量子ビットを要する。散乱現象の記述に特化した場合、「粒子ベース符号化」という手法で量子ビット数を大幅に抑制できるが、この手法はまだ原理提唱段階である。本研究は量子コンピュータとその古典エミュレータを用いて粒子ベース符号化を実用的な手法へ発展させることを目的とする。