論文の概要: Quantum Computing for Inflationary, Dark Energy and Dark Matter
Cosmology
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2105.13849v2
- Date: Thu, 17 Jun 2021 15:53:02 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-29 04:27:00.276914
- Title: Quantum Computing for Inflationary, Dark Energy and Dark Matter
Cosmology
- Title（参考訳）: インフレーション、ダークエネルギー、ダークマター宇宙論のための量子コンピューティング
- Authors: Amy Joseph, Juan-Pablo Varela, Molly P. Watts, Tristen White, Yuan
Feng, Mohammad Hassan, Michael McGuigan
- Abstract要約: 量子コンピューティングは、量子システムをシミュレートする新しい計算方法である。
ホイーラー・デウィット方程式の解法として,変分量子固有解法 (VQE) とハミルトン進化法 (EOH) のアルゴリズムを適用する方法を示す。
古典的な計算結果とよく一致し、異なる量子アルゴリズムの精度を記述する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.1706540832106251
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Cosmology is in an era of rapid discovery especially in areas related to dark
energy, dark matter and inflation. Quantum cosmology treats the cosmology
quantum mechanically and is important when quantum effects need to be accounted
for, especially in the very early Universe. Quantum computing is an emerging
new method of computing which excels in simulating quantum systems. Quantum
computing may have some advantages when simulating quantum cosmology,
especially because the Euclidean action of gravity is unbounded from below,
making the implementation of Monte Carlo simulation problematic. In this paper
we present several examples of the application of quantum computing to
cosmology. These include a dark energy model that is related to Kaluza-Klein
theory, dark matter models where the dark sector is described by a self
interacting gauge field or a conformal scalar field and an inflationary model
with a slow roll potential. We implement quantum computations in the IBM QISKit
software framework and show how to apply the Variational Quantum Eigensolver
(VQE) and Evolution of Hamiltonian (EOH) algorithms to solve the Wheeler-DeWitt
equation that can be used to describe the cosmology in the mini-superspace
approximation. We find excellent agreement with classical computing results and
describe the accuracy of the different quantum algorithms. Finally we discuss
how these methods can be scaled to larger problems going beyond the
mini-superspace approximation where the quantum computer may exceed the
performance of classical computation.
- Abstract（参考訳）: 宇宙学は特にダークエネルギー、ダークマター、インフレーションに関連する領域において、急激な発見の時代にある。
量子宇宙論(Quantum cosmology)は、量子論を機械的に扱い、特に初期の宇宙において量子効果を考慮に入れる必要があるときに重要である。
量子コンピューティングは、量子システムのシミュレーションに優れた新しいコンピューティング手法である。
量子コンピューティングは量子宇宙論をシミュレートする際にいくつかの利点があり、特に重力のユークリッド作用が下から非有界であるため、モンテカルロシミュレーションの実装が問題となる。
本稿では,量子コンピューティングの宇宙論への応用例をいくつか紹介する。
これには、カルザ・クライン理論に関連するダークエネルギーモデル、ダークセクターが自己相互作用ゲージ場または共形スカラー場によって記述されるダークマターモデル、遅いロールポテンシャルを持つインフレーションモデルが含まれる。
我々は、IBM QISKitソフトウェアフレームワークで量子計算を実装し、小空間近似の宇宙論を記述できるWheeler-DeWitt方程式を解くために、変分量子固有解法(VQE)とハミルトン進化法(EOH)アルゴリズムを適用する方法を示す。
古典的計算結果とよく一致し、異なる量子アルゴリズムの精度について記述する。
最後に,量子コンピュータが古典的計算性能を超越する超超空間近似よりも大きな問題に対して,これらの手法をどのようにスケールするかについて議論する。
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