論文の概要: Quantum algorithm for collisionless Boltzmann simulation of self-gravitating systems
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2303.16490v2
- Date: Thu, 23 May 2024 08:34:25 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-05-26 21:42:06.035111
- 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, Koichi Miyamoto, Naoki Yoshida,
- Abstract要約: 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する。
我々は,自己重力系の量子シミュレーションを行うアルゴリズムを拡張し,重力を計算する手法を取り入れた。
これにより、将来の量子コンピュータで大規模なCBEシミュレーションを実行できる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- 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 multi-dimensional phase space, and thus the applications to realistic astrophysical problems have been limited so far. Recently, Todorova & Steijl (2020) proposed an efficient quantum algorithm to solve the CBE with significantly reduced computational complexity. We extend the algorithm to perform quantum simulations of self-gravitating systems, incorporating the method to calculate gravity with the major Fourier modes of the density distribution extracted from the solution-encoding quantum state. Our method improves the dependency of time and space complexities on Nv , the number of grid points in each velocity coordinate, compared to the classical simulation methods. We then conduct some numerical demonstrations of our method. We first run a 1+1 dimensional test calculation of free streaming motion on 64*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. 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。
CBEを多次元位相空間に直接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) は計算複雑性を大幅に減らして CBE を解く効率的な量子アルゴリズムを提案した。
このアルゴリズムを拡張して自己重力系の量子シミュレーションを行い、解符号化量子状態から抽出した密度分布のフーリエモードで重力を計算する手法を取り入れた。
本手法は, 従来のシミュレーション法と比較して, Nv における時間と空間の複雑度, 速度座標の格子点数, の依存性を改善する。
次に,本手法の数値的な実演を行う。
まず,64*64グリッド上で,13個の擬似量子ビットを用いた1+1次元自由ストリーミング動作の数値計算を行い,本手法の有効性を検証した。
次に、ジャンス崩壊の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。
これにより、将来の量子コンピュータ上で大規模なCBEシミュレーションを行うことができる。
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