論文の概要: Variational Quantum Simulation of the Fokker-Planck Equation applied to Quantum Radiation Reaction

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.17517v1
• Date: Tue, 26 Nov 2024 15:27:00 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-27 13:31:03.822849
• Title: Variational Quantum Simulation of the Fokker-Planck Equation applied to Quantum Radiation Reaction
• Title（参考訳）: 量子放射反応に応用したフォッカー・プランク方程式の変分量子シミュレーション
• Authors: Óscar Amaro, Lucas I. Iñigo Gamiz, Marija Vranic,
• Abstract要約: ペタワット級レーザーによる近未来の実験は、ガンマ線と電子-陽電子対の高フラックスを生み出すことが期待されている。 この研究は、プラズマ物理シナリオの量子シミュレーションに向けた第一歩として役立つだろう。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Near-future experiments with Petawatt class lasers are expected to produce a high flux of gamma-ray photons and electron-positron pairs through Strong Field Quantum Electrodynamical processes. Simulations of the expected regime of laser-matter interaction are computationally intensive due to the disparity of the spatial and temporal scales and because quantum and classical descriptions need to be accounted for simultaneously (classical for collective effects and quantum for nearly-instantaneous events of hard photon emission and pair creation). A typical configuration for experiments is a scattering of an electron and a laser beam which can be mapped to an equivalent problem with constant magnetic field. We study the stochastic cooling of an electron beam in a strong constant uniform magnetic field, both its particle distribution functions and their energy momenta. We start by obtaining approximate closed-form analytical solutions to the relevant observables. Then, we apply the quantum-hybrid Variational Quantum Imaginary Time Evolution to the Fokker-Planck equation describing this process, and compare against theory and results from Particle-In-Cell simulations and classical Partial Differential Equation solvers, showing good agreement. This work will be useful as a first step towards quantum simulation of plasma physics scenarios where diffusion processes are important, in particular in strong electromagnetic fields.
• Abstract（参考訳）: ペタワット級レーザーによる近未来の実験では、ストロングフィールド量子電磁力学プロセスを通じて、ガンマ線光子と電子-陽電子対の高フラックスが生成されることが期待されている。 レーザー・マター相互作用の予測された状態のシミュレーションは、空間的・時間的スケールの相違と、量子的・古典的な記述を同時に説明する必要があるため、計算的に集約的である。 実験の典型的な構成は電子とレーザービームの散乱であり、一定の磁場で等価な問題にマッピングできる。 本研究では, 粒子分布関数とエネルギーモーメントの両面から, 強い一様磁場下での電子ビームの確率冷却について検討した。 まず、関連する可観測物に対する近似閉形式解析解を得る。 次に、この過程を記述したフォッカー・プランク方程式に量子ハイブリッド変分量子Imaginary Time Evolutionを適用し、粒子-セルシミュレーションと古典的偏微分方程式解法の理論と結果を比較し、良好な一致を示した。 この研究は、特に強い電磁場において拡散過程が重要であるプラズマ物理学シナリオの量子シミュレーションへの第一歩として有用である。

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