論文の概要: Quantum Computing Perspective for Electromagnetic Wave Propagation in
Cold Magnetized Plasmas
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2309.12492v1
- Date: Thu, 21 Sep 2023 21:23:19 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-09-25 16:42:32.603070
- Title: Quantum Computing Perspective for Electromagnetic Wave Propagation in
Cold Magnetized Plasmas
- Title（参考訳）: 冷磁化プラズマにおける電磁波伝播の量子コンピューティング的展望
- Authors: Efstratios Koukoutsis, Kyriakos Hizanidis, George Vahala, Min Soe,
Linda Vahala and Abhay K. Ram
- Abstract要約: 磁化プラズマにおける電磁波伝搬の研究は、様々な分野において最重要となる。
熱核融合実験では、電磁波とプラズマの間の過渡的な相互作用が全体的な閉じ込めを妨害する可能性がある。
本稿では, 冷間非均一磁化プラズマ中でのマクスウェル方程式の再概念化について検討する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The study of electromagnetic wave propagation in magnetized plasmas is of
paramount importance in various fields, including astrophysics, fusion energy,
and communication systems. In thermonuclear fusion experiments where transient
interaction phenomena between electromagnetic waves and plasma can disrupt the
overall confinement, we have to rely on the modern state of the art,
computational tools to delve into the physics of wave propagation in plasma.
However, even those sophisticated computational methods are facing challenges
in terms of memory resources and speed when they are forced to capture all the
physical processes that occur in wave-plasma interaction. Simultaneously, the
rapidly advancing field of quantum technologies has opened up exciting new
frontiers in the computational studies, by promising a minimization on the
computational strain. In this paper we examine a theoretical quantum computing
re-conceptualization of Maxwell equations inside a cold, inhomogeneous,
magnetized plasma that can lead to quantum simulation of electromagnetic wave
propagation and scattering from inhomogeneities. By constructing a quantum
Schrodinger representation of Maxwell equations in plasma that admit unitary --
energy preserving -- evolution we formulate a unitary product sequence of
operators that can form the basis of either a Qubit Lattice Algorithm (QLA) or
a pure quantum computing implementation. As an illustration of the power of
QLA, a full-wave simulation of wave-packet scattering from different shaped,
non-dispersive dielectrics is presented. QLAs when they are fully unitary, they
can be directly encoded into a quantum computer, further establishing their
versatility and capabilities but more importantly, indicating the impact that
quantum computers will have in the computational studies of wave propagation in
a fusion plasma.
- Abstract（参考訳）: 磁化プラズマにおける電磁波伝搬の研究は、天体物理学、核融合エネルギー、通信システムなど、様々な分野において最重要である。
電磁波とプラズマの間の過渡的な相互作用現象が全体的な閉じ込めを妨害する熱核融合実験では、プラズマの波動伝播の物理を掘り下げるための計算ツールである最先端の手法に頼る必要がある。
しかし、これらの洗練された計算手法でさえ、波-プラズマ相互作用で起こる全ての物理過程を捉えることを強いられるとき、メモリリソースと速度の面での課題に直面している。
同時に、急速に進歩する量子技術の分野は、計算ひずみの最小化を約束することで、計算研究におけるエキサイティングな新しいフロンティアを開拓した。
本稿では, マグネティックプラズマ内でのマクスウェル方程式の再概念化を理論的に検討し, 電磁波伝搬と非均一性からの散乱の量子シミュレーションに繋がることを示す。
プラズマ中のマクスウェル方程式の量子シュロディンガー表現を構築して一元的-エネルギー保存-進化を許容することで、量子ビット格子アルゴリズム(qla)または純粋量子コンピューティング実装の基盤を形成する作用素のユニタリ積列を定式化する。
QLAのパワーの図示として、異なる形状の非分散誘電体からの波束散乱のフルウェーブシミュレーションを示す。
完全ユニタリのQLAは、直接量子コンピュータにエンコードされ、その汎用性と能力を確立することができるが、より重要なのは、核融合プラズマにおける波動伝播の計算的研究において量子コンピュータが与える影響である。
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