論文の概要: Quantum topology optimization of ground structures using noisy intermediate-scale quantum devices

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2207.09181v1
• Date: Tue, 19 Jul 2022 10:39:28 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-04 13:09:45.986848
• Title: Quantum topology optimization of ground structures using noisy intermediate-scale quantum devices
• Title（参考訳）: 雑音中規模量子デバイスを用いた地盤構造の量子トポロジー最適化
• Authors: Yuki Sato and Ruho Kondo and Satoshi Koide and Seiji Kajita
• Abstract要約: トポロジ最適化問題に対する潜在的な解決策として,量子コンピュータの利用について検討する。 実機実験を含むいくつかの実験により,提案手法が最適構成を得ることができた。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.325359814939517
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: To arrive at some viable product design, product development processes frequently use numerical simulations and mathematical programming techniques. Topology optimization, in particular, is one of the most promising techniques for generating insightful design choices. Topology optimization problems reduce to an NP-hard combinatorial optimization problem, where the combination of the existence or absence of the material at some positions is optimized. In this study, we examine the usage of quantum computers as a potential solution to topology optimization problems. The proposed method consists of two variational quantum algorithms (VQAs): the first solves the state equilibrium equation for all conceivable material configurations, while the second amplifies the likelihood of an optimal configuration in quantum superposition using the first VQA's quantum state. Several experiments, including a real device experiment, show that the proposed method successfully obtained the optimal configurations. These findings suggest that quantum computers could be a potential tool for solving topology optimization problems and they open the window to the near-future product designs.
• Abstract（参考訳）: 実行可能な製品設計に到達するために、製品開発プロセスは数値シミュレーションや数理プログラミング技術を使うことが多い。 特にトポロジー最適化は、洞察に富んだ設計選択を生成する最も有望な手法の1つである。 位相最適化問題はNPハード組合せ最適化問題に還元され、ある位置における材料の存在と欠如の組合せが最適化される。 本研究では,量子コンピュータをトポロジー最適化問題の潜在的な解として利用することを検討する。 提案手法は2つの変分量子アルゴリズム (VQA) から構成される。第1はすべての受容可能な材料構成に対する状態平衡方程式を解き、第2は第1のVQAの量子状態を用いた量子重ね合わせにおける最適構成の確率を増幅する。 実機実験を含むいくつかの実験により,提案手法が最適構成を得ることができた。 これらの結果は、量子コンピュータがトポロジー最適化問題を解決する潜在的なツールになり得ることを示唆し、近い将来の製品設計の窓を開くことを示唆している。

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