論文の概要: Quantum algorithm for collisionless Boltzmann simulation of
self-gravitating systems
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2303.16490v1
- Date: Wed, 29 Mar 2023 06:59:00 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-30 15:45:48.863033
- Title: Quantum algorithm for collisionless Boltzmann simulation of
self-gravitating systems
- Title（参考訳）: 自己重力系の無衝突ボルツマンシミュレーションのための量子アルゴリズム
- Authors: Soichiro Yamazaki, Fumio Uchida, Kotaro Fujisawa and Naoki Yoshida
- Abstract要約: Todorova & Steijlは、衝突のないボルツマン方程式(CBE)を解くための効率的な量子アルゴリズムを提案した。
自己重力系の進化に追従する量子シミュレーションを行うために,本手法を拡張した。
我々のシミュレーション手法は従来の手法よりも計算量が少ない$mathcalO(N_v3)を達成している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.11470070927586014
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The collisionless Boltzmann equation (CBE) is a fundamental equation that
governs the dynamics of a broad range of astrophysical systems from space
plasma to star clusters and galaxies. It is computationally expensive to
integrate the CBE directly in a phase space, and thus the applications to
realistic astrophysical problems have been limited so far. Recently, Todorova
\& Steijl (2020) proposed an efficient quantum algorithm for solving the CBE
with a significantly reduced computational complexity. We extend the method to
perform quantum simulations that follow the evolution of self-gravitating
systems. We first run a 1+1 dimensional test calculation of free streaming
motion on 64$\times$64 grids using 13 simulated qubits and validate our method.
We then perform simulations of Jeans collapse, and compare the result with
analytic and linear theory calculations. We propose a direct method to generate
initial conditions as well as a method to retrieve necessary information from a
register of multiple qubits. Our simulation scheme achieves
$\mathcal{O}(N_v^3)$ less computational complexity than the classical method,
where $N_v$ is the number of discrete velocity grids per dimension. It will
thus allow us to perform large-scale CBE simulations on future quantum
computers.
- Abstract（参考訳）: 衝突のないボルツマン方程式(英: Collingless Boltzmann equation, CBE)は、宇宙プラズマから星団、銀河まで幅広い天体物理学系の力学を規定する基礎方程式である。
位相空間に直接CBEを統合するのは計算コストがかかるため、現実的な天体物理学問題への応用は制限されている。
近年、Todorova \&Steijl (2020) は計算複雑性を著しく低減した CBE を解くための効率的な量子アルゴリズムを提案した。
自己重力系の進化を追従する量子シミュレーションを行う手法を拡張した。
まず,13個のシミュレーション量子ビットを用いて64$\times$64グリッド上で自由ストリーミング動作の1+1次元テスト計算を行い,その検証を行った。
次に,ジーンズの崩壊シミュレーションを行い,解析的および線形理論計算と比較する。
本稿では,初期条件を生成するための直接的手法と,複数のキュービットのレジスタから必要な情報を取得する方法を提案する。
我々のシミュレーションスキームは、従来の手法よりも計算の複雑さが小さい$\mathcal{O}(N_v^3)を達成し、そこでは、N_v$は次元ごとの離散速度格子の数である。
これにより、将来の量子コンピュータで大規模cbeシミュレーションを行うことができる。
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