論文の概要: Pre-stack and post-stack seismic inversion using quantum computing
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.03808v1
- Date: Thu, 06 Feb 2025 06:33:42 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-02-07 14:31:33.929012
- Title: Pre-stack and post-stack seismic inversion using quantum computing
- Title（参考訳）: 量子コンピューティングを用いたプレスタック・ポストスタック地震インバージョン
- Authors: Divakar Vashisth, Rodney Lessard, Tapan Mukerji,
- Abstract要約: 本研究では, 地震インバージョンに対する量子コンピューティングの新しい応用法を提案する。
これは、P波とS波の両方のインピーダンスを量子アニールを用いて推定する地震データを逆転する最初の例である。
この進歩により、モデルパラメータあたりのキュービット数が大幅に減少する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.6135375899285287
- License:
- Abstract: Quantum computing harnesses the principles of quantum mechanics to solve problems that are intractable for classical computers. Quantum annealing, a specialized approach within quantum computing, is particularly effective for optimization tasks, as it leverages quantum tunneling to escape local minima and efficiently explore complex energy landscapes. In geosciences, many problems are framed as high-dimensional optimization problems, including seismic inversion, which aims to estimate subsurface impedances from seismic data for accurate geological interpretation and resource exploration. This study presents a novel application of quantum computing for seismic inversion, marking the first instance of inverting seismic data to estimate both P-wave and S-wave impedances using a quantum annealer. Building upon our prior work, which demonstrated the estimation of acoustic impedances from post-stack data using a two-step framework, we propose an enhanced workflow capable of inverting both post-stack and pre-stack seismic data in a single step. This advancement significantly reduces the number of qubits per model parameter (from 20 to 5) while improving computational speed (from 20 seconds to 6.3 seconds). The seismic inversion is implemented using the D-Wave Leap hybrid solver, achieving impedance estimation within 4-9 seconds, with the quantum processing unit (QPU) contributing just 0.043-0.085 seconds. Comparative analysis with simulated annealing reveals that quantum annealing produces impedance models closely matching true values in a single epoch, whereas simulated annealing requires 10 epochs for improved accuracy. These findings underscore the transformative potential of quantum computing for real-time, high-precision seismic inversion, marking a crucial step toward fully quantum-driven geophysical solutions.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングは量子力学の原理を利用して、古典的コンピュータにとって難解な問題を解く。
量子アニーリング(Quantum annealing)は、量子トンネルを利用して局所的なミニマを回避し、複雑なエネルギー景観を効率的に探索するため、特に最適化作業に有効である。
地質学において、多くの問題は、正確な地質学的解釈と資源探査のために地震データから地下インピーダンスを推定することを目的とした地震インバージョンを含む高次元最適化問題として構成されている。
本研究は,P波およびS波インピーダンスの両方を量子アニールを用いて推定する地震データを逆解析する最初の事例である,地震インバージョンに対する量子コンピューティングの新たな応用について述べる。
本研究は,2段階の枠組みを用いて,2段階の枠組みを用いて,ポストスタックデータとプレスタック地震データの両方を1ステップで逆転可能な拡張ワークフローを提案する。
この進歩は、計算速度(20秒から6.3秒)を改善しながら、モデルパラメータあたりのキュービット数(20から5まで)を大幅に削減する。
地震インバージョンはD-Wave Leapハイブリッドソルバを用いて実装され、4-9秒以内のインピーダンス推定を実現し、量子処理ユニット(QPU)は0.043-0.085秒しか寄与しない。
シミュレーションアニーリングとの比較分析により、量子アニーリングは単一エポックにおける真値によく一致するインピーダンスモデルを生成するのに対し、シミュレートアニーリングは精度を向上させるために10エポックを必要とすることが明らかになった。
これらの発見は、リアルタイムで高精度な地震インバージョンのための量子コンピューティングの変革の可能性を強調しており、完全な量子駆動の物理解への重要な一歩である。
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