論文の概要: Variational Quantum Algorithm for Constrained Topology Optimization in Quantum Scientific Computing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.07099v2
• Date: Wed, 08 Jan 2025 02:16:30 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-01-09 16:10:19.423978
• Title: Variational Quantum Algorithm for Constrained Topology Optimization in Quantum Scientific Computing
• Title（参考訳）: 量子科学計算における制約付き位相最適化のための変分量子アルゴリズム
• Authors: Jungin E. Kim, Jinhwan Sul, Yan Wang,
• Abstract要約: 量子絡み合いによる位相最適化のための新しい変分量子アルゴリズムを提案する。 このアルゴリズムはトラス構造やMesserschmitt-B"olkow-Blohmビームを含むコンプライアンス最小化問題で実証される。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.6190123930006317
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum scientific computing has emerged as a new paradigm to solve difficult scientific computing problems on quantum computers. One of them is topology optimization, which is computationally expensive because the combinatorial optimization problem and partial differential equations need to be solved simultaneously. In this paper, we propose a novel variational quantum algorithm for topology optimization through quantum entanglement. Two quantum registers are used to encode the optimal configurations and the solutions to physical constraints, respectively. The tasks of finding the optimal material configuration and solving the physical constraints are performed simultaneously in a single loop. A constraint encoding scheme is also proposed to incorporate volume and topology constraints in optimization. The gate complexity of the proposed quantum algorithm is analyzed. The theoretical lower bound of the success probability is obtained. The algorithm is demonstrated with compliance minimization problems including truss structures and Messerschmitt-B\"olkow-Blohm beams.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングは、量子コンピュータ上で難しい科学計算問題を解決するための新しいパラダイムとして登場した。 その1つは位相最適化であり、組合せ最適化問題と偏微分方程式を同時に解く必要があるため、計算コストがかかる。 本稿では,量子エンタングルメントによる位相最適化のための新しい変分量子アルゴリズムを提案する。 最適構成と物理制約に対する解を符号化するために、2つの量子レジスタが使用される。 最適材料構成の探索と物理制約の解決を同時に1ループで行う。 また、最適化にボリュームとトポロジーの制約を組み込むための制約符号化スキームも提案されている。 提案する量子アルゴリズムのゲート複雑性を解析する。 成功確率の理論的下限を求める。 このアルゴリズムはトラス構造やMesserschmitt-B\"olkow-Blohmビームを含むコンプライアンス最小化問題で実証される。

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