Application of quantum computing for particle physics event generators

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K22347
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0203:Particle-, nuclear-, astro-physics, and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Iiyama Yutaro 東京大学, 素粒子物理国際研究センター, 助教 (10878177)
• Project Period (FY): 2020-09-11 – 2024-03-31
• Keywords: 量子コンピューティング / 量子シミュレーション / 高エネルギー物理 / 粒子散乱

Outline of Final Research Achievements

The goal of this research project was to establish a way to utilize quantum computers as even generators for high energy physics. Event generators are computer programs that simulate particle scattering phenomena at the center of particle colliders. As the project proceeded, it became clear that we would need to perform the full simulation of quantum field theory on the quantum computer to realize this goal. Therefore, based upon an existing work, we developed a formulation of quantum field theory suitable for this purpose.

Free Research Field

実験素粒子物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

古典計算機を用いた現行の素粒子散乱イベントジェネレータでは、シミュレーションの精度を上げたりシミュレートすべき終状態を複雑にしたりすると計算時間が爆発的に増加してしまうことがわかっており、高輝度大型ハドロン衝突型加速器（HL-LHC）、国際リニアコライダー（ILC）、欧州の次世代円形加速器（FCC）など将来計画されている加速器実験に対して実用が困難になると考えられる。量子コンピュータを使ったイベントジェネレータは重要なブレイクスルーとなり得ると考えられ、本研究はその実現への道筋を示した。