論文の概要: Quantum annealing-based structural optimization with a multiplicative design update

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.18833v1
• Date: Thu, 27 Jun 2024 02:07:38 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-06-28 15:37:16.146802
• Title: Quantum annealing-based structural optimization with a multiplicative design update
• Title（参考訳）: 乗法設計更新による量子アニール構造最適化
• Authors: Naruethep Sukulthanasorn, Junsen Xiao, Koya Wagatsuma, Shuji Moriguchi, Kenjiro Terada,
• Abstract要約: 本稿では、量子アニール(QA)による反復最適化に基づく新しい構造設計フレームワークを提案する。 新規性は、QAによる最適化問題を反復的に解決した未知の設計乗算器を用いて、設計の更新に成功したことにある。 構造最適化における密度に基づくアプローチに合わせて、乗算器は設計材料を表現するために乗法的であり、設計変数として機能する。
• 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: This paper presents a new structural design framework, developed based on iterative optimization via quantum annealing (QA). The novelty lies in its successful design update using an unknown design multiplier obtained by iteratively solving the optimization problems with QA. In addition, to align with density-based approaches in structural optimization, multipliers are multiplicative to represent design material and serve as design variables. In particular, structural analysis is performed on a classical computer using the finite element method, and QA is utilized for topology updating. The primary objective of the framework is to minimize compliance under an inequality volume constraint, while an encoding process for the design variable is adopted, enabling smooth iterative updates to the optimized design. The proposed framework incorporates both penalty methods and slack variables to transform the inequality constraint into an equality constraint and is implemented in a quadratic unconstrained binary optimization (QUBO) model through QA. To demonstrate its performance, design optimization is performed for both truss and continuum structures. Promising results from these applications indicate that the proposed framework is capable of creating an optimal shape and topology similar to those benchmarked by the optimality criteria (OC) method on a classical computer.
• Abstract（参考訳）: 本稿では,量子アニール(QA)による反復最適化に基づく新しい構造設計フレームワークを提案する。 新規性は、QAによる最適化問題を反復的に解決した未知の設計乗算器を用いて、設計の更新に成功したことにある。 さらに、構造最適化における密度に基づくアプローチに合わせて、乗算器は設計材料を表現するために乗法的であり、設計変数として機能する。 特に、有限要素法を用いて古典コンピュータ上で構造解析を行い、位相更新にQAを利用する。 このフレームワークの主な目的は、不平等なボリューム制約の下でのコンプライアンスを最小限に抑えつつ、設計変数の符号化プロセスを採用し、最適化された設計のスムーズな反復的な更新を可能にすることである。 提案フレームワークは不等式制約を等式制約に変換するためにペナルティ法とスラック変数の両方を組み込んでおり、QAを介して2次非制約バイナリ最適化(QUBO)モデルで実装されている。 その性能を示すため、トラス構造と連続体構造の両方に対して設計最適化を行う。 これらの結果から,提案手法は,従来のコンピュータ上での最適化基準(OC)法と類似した,最適な形状とトポロジを作成することができることを示す。

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