論文の概要: Quantum-Classical Computing for Time-Dependent Ion-Atom Collision Dynamics: Applications to Charge Transfer Cross Section Simulations

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.19374v1
• Date: Tue, 24 Jun 2025 07:03:20 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-25 19:48:23.528147
• Title: Quantum-Classical Computing for Time-Dependent Ion-Atom Collision Dynamics: Applications to Charge Transfer Cross Section Simulations
• Title（参考訳）: 時間依存性イオン原子衝突ダイナミクスのための量子古典計算:電荷移動断面積シミュレーションへの応用
• Authors: Minchen Qiao, Yu-xi Liu,
• Abstract要約: 本稿では,時間依存型イオン原子衝突ダイナミクスをシミュレーションするためのハイブリッド量子古典計算フレームワークを提案する。 陽子-水素衝突系の対応する断面積を1-25keVのエネルギー範囲で計算する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.6442870218029524
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The simulation of ion-atom collisions remains a formidable challenge due to the complex interplay between electronic and nuclear degrees of freedom. We present a hybrid quantum-classical computing framework for simulating time-dependent ion-atom collision dynamics, within which two variational quantum time evolution algorithms are implemented. To validate our framework, we simulate the charge transfer dynamics and compute the corresponding cross sections for the proton-hydrogen collision system across an energy range of 1--25~keV. Our results accurately reproduce the charge transfer dynamics with high fidelity and exhibit very good agreement with available experimental and theoretical cross section data across the entire energy range. These results highlight the accuracy and applicability of our hybrid quantum-classical framework for scattering cross section calculations. Our work demonstrates an effective approach for mapping time-dependent many-body collision problems onto near-term quantum computing devices, and also provides promising directions for practical applications of universal quantum computing in the noisy intermediate-scale quantum era.
• Abstract（参考訳）: イオン原子衝突のシミュレーションは、電子自由度と核自由度の間の複雑な相互作用のため、依然として困難な課題である。 本稿では,時間依存型イオン原子衝突ダイナミクスをシミュレーションするためのハイブリッド量子古典計算フレームワークを提案する。 この枠組みを検証するため、電荷移動力学をシミュレートし、陽子-水素衝突系の対応する断面積を1-25〜keVのエネルギー範囲で計算する。 その結果, 電荷移動ダイナミクスを高忠実度で正確に再現し, エネルギー範囲全体にわたって利用可能な実験および理論的断面データと非常によく一致した。 これらの結果は,クロスセクション計算におけるハイブリッド量子古典フレームワークの精度と適用性を強調した。 本研究は,時間依存多体衝突問題を近距離量子コンピューティングデバイスにマッピングするための効果的なアプローチを示すとともに,ノイズの多い中規模量子時代における普遍量子コンピューティングの実用化に向けて有望な方向性を示す。

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