論文の概要: Formulation and evaluation of ocean dynamics problems as optimization problems for quantum annealing machines
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2405.11782v1
- Date: Mon, 20 May 2024 04:55:32 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-05-21 14:13:43.640757
- Title: Formulation and evaluation of ocean dynamics problems as optimization problems for quantum annealing machines
- Title（参考訳）: 量子アニールマシンの最適化問題としての海洋力学問題の定式化と評価
- Authors: Takuro Matsuta, Ryo Furue,
- Abstract要約: 量子コンピューティングの最近の進歩は、様々な科学領域にまたがる計算アルゴリズムに革命をもたらす可能性を示唆している。
量子計算は古典的な計算とは大きく異なり、海洋力学や大気力学を表現するのに適したフレームワークはまだ検討されていない。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Recent advancements in quantum computing suggest the potential to revolutionize computational algorithms across various scientific domains including oceanography and atmospheric science. The field is still relatively young and quantum computation is so different from classical computation that suitable frameworks to represent oceanic and atmospheric dynamics are yet to be explored. Quantum annealing, one of the major paradigms, focuses on combinatorial optimization tasks. In this paper, we solve the classical Stommel problem by quantum annealing (QA) and simulated annealing (SA), a classical counterpart of quantum annealing. We cast the linear partial differential equation into an optimization problem by the least-squares method and discretize the cost function in two ways: finite difference and truncated basis expansion. In either case, SA successfully reproduces the expected solution when appropriate parameters are chosen, demonstrating that annealing has the potential. In contrast, QA using the D-Wave quantum annealing machine fails to obtain good solutions for some cases owing to hardware limitations; in particular, the highly limited connectivity graph of the machine limits the size of the solvable problems, at least under currently available algorithms. Either expanding the connectivity graph or improving the graph embedding algorithms would probably be necessary for quantum annealing machines to be usable for oceanic and atmospheric dynamics problems. While this finding emphasizes the need for hardware improvements and enhancements in graph embedding algorithms for practical applications of quantum annealers, the results from simulated annealing suggest its potential to address practical geophysical dynamics problems. As quantum calculation continues to evolve, addressing these challenges may lead to transformative advancements in ocean and atmosphere modeling.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングの最近の進歩は、海洋学や大気科学を含む様々な科学領域で計算アルゴリズムに革命をもたらす可能性を示唆している。
この分野はまだ比較的若いが、量子計算は古典的な計算とは大きく異なり、海洋力学や大気力学を表現するのに適したフレームワークはまだ研究されていない。
量子アニール(Quantum annealing)は、組合せ最適化タスクに重点を置いている。
本稿では,古典的な量子アニール法である量子アニール法(QA)とシミュレートされたアニール法(SA)を用いて,古典的なストメル問題を解く。
線形偏微分方程式を最小二乗法により最適化問題にキャストし、コスト関数を2つの方法で微分する。
いずれの場合も、適切なパラメータが選択された場合、SAは期待された解をうまく再現し、アニールがポテンシャルを持つことを示す。
対照的に、D-Wave量子アニールマシンを用いたQAは、ハードウェアの制限により、いくつかのケースにおいて良い解を得ることができず、特に、マシンの高度に制限された接続グラフは、少なくとも現在利用可能なアルゴリズムの下では、解決可能な問題のサイズを制限する。
接続グラフの拡張やグラフ埋め込みアルゴリズムの改善は、おそらく、量子アニールマシンが海洋や大気の力学問題に利用できるために必要だろう。
この発見は、量子アニールの実用化のためのハードウェアの改善とグラフ埋め込みアルゴリズムの強化の必要性を強調しているが、シミュレートされたアニールによる結果は、実際の物理力学問題に対処する可能性を示している。
量子計算が進化し続ければ、これらの課題に対処することで、海洋や大気モデリングの革新的な進歩がもたらされる可能性がある。
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