論文の概要: Variational Quantum Linear Solver for Simulating Quantum Transport in Nanoscale Semiconductor Devices

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.07005v1
• Date: Sat, 06 Sep 2025 01:53:32 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-10 14:38:27.016713
• Title: Variational Quantum Linear Solver for Simulating Quantum Transport in Nanoscale Semiconductor Devices
• Title（参考訳）: ナノスケール半導体デバイスにおける量子輸送シミュレーションのための変分量子線形解法
• Authors: Qimao Yang, Jing Guo,
• Abstract要約: ナノスケール半導体デバイスにおける量子輸送をシミュレートするための変分量子線形解法(VQLS)の適用を可能にするシミュレーション手法を開発した。 計算速度を高速化した複雑で非対称な線形系を解くために,コスト関数の新たな形式を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.258785028734343
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: This work develops simulation methods that enable the application of the variational quantum linear solver (VQLS) to simulate quantum transport in nanoscale semiconductor devices. Most previous work on VQLS applications in semiconductor device simulations focuses on solving the Poisson equation, where the coefficient matrix of the sparse linear system is real and symmetric. Solving the quantum transport equation, however, leads to coefficient matrices that are complex and non-symmetric. This work addresses the challenges of applying VQLS to quantum transport simulations. We propose new forms of cost functions to solve complex and non-symmetric linear systems with faster computing speed. We further develop efficient decomposition methods for cost function evaluation, which target reducing the quantum circuit complexity and improving noise robustness when solving the quantum transport equation using the non-equilibrium Green's function method. While classical computation faces the challenge of the "curse of dimensionality" as the spatial-energy numerical grid dimensions grow, the proposed quantum-computing-based method scales logarithmically with the grid size, which offers a promising opportunity for addressing the computational challenges of solving quantum transport in semiconductor devices.
• Abstract（参考訳）: 本研究は、ナノスケール半導体デバイスにおける量子輸送をシミュレートするための変分量子線形解法(VQLS)の適用を可能にするシミュレーション手法を開発する。 半導体デバイスシミュレーションにおけるVQLS応用に関するこれまでの研究は、スパース線形系の係数行列が実かつ対称であるポアソン方程式の解決に重点を置いていた。 しかし、量子輸送方程式を解くと、複雑で非対称な係数行列が導かれる。 この研究は、量子輸送シミュレーションにVQLSを適用する際の課題に対処する。 計算速度を高速化した複雑で非対称な線形系を解くために,コスト関数の新たな形式を提案する。 さらに、非平衡グリーン関数法を用いて量子輸送方程式を解く際に、量子回路の複雑さを低減し、ノイズの堅牢性を向上するコスト関数評価のための効率的な分解法を開発した。 古典計算は、空間エネルギーの数値格子次元が大きくなるにつれて「次元の曲率」の課題に直面しているが、提案した量子計算ベースの手法は、格子の大きさと対数的にスケールし、半導体デバイスにおける量子輸送を解くという計算上の課題に対処する有望な機会を提供する。

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