論文の概要: Fully Quantum Lattice Gas Automata Building Blocks for Computational Basis State Encodings

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.12662v2
• Date: Wed, 18 Jun 2025 10:50:10 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-19 13:10:45.356106
• Title: Fully Quantum Lattice Gas Automata Building Blocks for Computational Basis State Encodings
• Title（参考訳）: 計算基底状態符号化のための完全量子格子ガスオートマタビルディングブロック
• Authors: Călin A. Georgescu, Merel A. Schalkers, Matthias Möller,
• Abstract要約: 計算基底状態エンコーディングに依存するQLGAアルゴリズムのための新しいビルディングブロックを提案する。 基礎となる量子回路の直感的な例とオープンソース実装を提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Lattice Gas Automata (LGA) is a classical method for simulating physical phenomena, including Computational Fluid Dynamics (CFD). Quantum LGA (QLGA) is the family of methods that implement LGA schemes on quantum computers. In recent years, QLGA has garnered attention from researchers thanks to its potential of efficiently modeling CFD processes by either reducing memory requirements or providing simultaneous representations of exponentially many LGA states. In this work, we introduce novel building blocks for QLGA algorithms that rely on computational basis state encodings. We address every step of the algorithm, from initial conditions to measurement, and provide detailed complexity analyses that account for all discretization choices of the system under simulation. We introduce multiple ways of instantiating initial conditions, efficient boundary condition implementations for novel geometrical patterns, a novel collision operator that models less restricted interactions than previous implementations, and quantum circuits that extract quantities of interest out of the quantum state. For each building block, we provide intuitive examples and open-source implementations of the underlying quantum circuits.
• Abstract（参考訳）: 格子ガスオートマタ(Lattice Gas Automata, LGA)は、計算流体力学(CFD)を含む物理現象をシミュレートする古典的な手法である。 量子LGA(Quantum LGA)は、量子コンピュータにLGAスキームを実装する手法のファミリーである。 近年、QLGAは、メモリ要求を減らしたり、指数関数的に多くのLGA状態の同時表現を提供することによって、CFDプロセスを効率的にモデリングする可能性によって、研究者から注目を集めている。 本研究では,計算基底状態エンコーディングに依存するQLGAアルゴリズムのための新しいビルディングブロックを提案する。 我々は,初期状態から測定まで,アルゴリズムのすべてのステップに対処し,シミュレーション対象のシステムの離散化選択を考慮に入れた詳細な複雑性解析を行う。 本稿では、初期条件のインスタンス化方法、新しい幾何学的パターンの効率的な境界条件実装、従来の実装よりも制約の少ない相互作用をモデル化する新しい衝突演算子、量子状態から興味を抽出する量子回路を紹介する。 各ビルディングブロックに対して、直感的な例と基礎となる量子回路のオープンソース実装を提供する。

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