論文の概要: Quantum walk based Monte Carlo simulation for photon interaction cross sections

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.14374v2
• Date: Thu, 27 Feb 2025 06:54:57 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-02-28 14:52:56.802896
• Title: Quantum walk based Monte Carlo simulation for photon interaction cross sections
• Title（参考訳）: 光子相互作用断面積に対する量子ウォークに基づくモンテカルロシミュレーション
• Authors: Euimin Lee, Sangmin Lee, Shiho Kim,
• Abstract要約: 高エネルギー物理シミュレーションは伝統的に複雑な粒子相互作用をモデル化するモンテカルロ法に依存している。 本稿では、離散時間量子ウォークと量子振幅推定を統合した新しい量子拡張シミュレーションフレームワークを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.764631050395652
• License:
• Abstract: High-energy physics simulations traditionally rely on classical Monte Carlo methods to model complex particle interactions, often incurring significant computational costs. In this paper, we introduce a novel quantum-enhanced simulation framework that integrates discrete-time quantum walks with quantum amplitude estimation to model photon interaction cross sections. By mapping the probabilistic transport process of 10 MeV photons in a water medium onto a quantum circuit and focusing on Compton scattering as the dominant attenuation mechanism, we demonstrate that our approach reproduces classical probability distributions with high fidelity. Simulation results obtained via the IBM Qiskit quantum simulator reveal a quadratic speedup in amplitude estimation compared to conventional Monte Carlo methods. Our framework not only validates the feasibility of employing quantum algorithms for high-energy physics simulations but also offers a scalable pathway toward incorporating multiple interaction channels and secondary particle production. These findings underscore the potential of quantum-enhanced methods to overcome the computational bottlenecks inherent in large-scale particle physics simulations.
• Abstract（参考訳）: 高エネルギー物理シミュレーションは伝統的に、複雑な粒子相互作用をモデル化するモンテカルロ法に依存しており、しばしば計算コストがかなり高い。 本稿では、離散時間量子ウォークと量子振幅推定を統合し、光子相互作用断面積をモデル化する新しい量子拡張シミュレーションフレームワークを提案する。 水媒質中の10MeV光子の確率輸送過程を量子回路にマッピングし、コンプトン散乱を支配的な減衰機構として重視することにより、本手法は古典的確率分布を高い忠実度で再現することを示した。 IBM Qiskit量子シミュレータを用いて得られたシミュレーションの結果、従来のモンテカルロ法と比較して振幅推定の2次高速化が明らかになった。 我々のフレームワークは、高エネルギー物理シミュレーションに量子アルゴリズムを用いることの可能性を検証するだけでなく、複数の相互作用チャネルと二次粒子生成を組み込むためのスケーラブルな経路を提供する。 これらの結果は、大規模粒子物理学シミュレーションに固有の計算ボトルネックを克服する量子化法の可能性を強調している。

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