論文の概要: Variational quantum algorithm for anion exchange across electrolyzer membrane

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.01120v1
• Date: Sun, 30 Nov 2025 22:26:31 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-02 19:46:34.595507
• Title: Variational quantum algorithm for anion exchange across electrolyzer membrane
• Title（参考訳）: 電解質膜におけるアニオン交換の変分量子アルゴリズム
• Authors: Timur Gubaev, Philipp Pfeffer, Christian Dreßler, Jörg Schumacher,
• Abstract要約: 空間依存拡散定数$D(x)$で一次元拡散問題を解く変分量子アルゴリズムを提案する。 この問題はアルカリ電解質中の多層膜をまたぐ水酸化物イオンの交換に関係している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We present a variational quantum algorithm that solves the one-dimensional diffusion problem with a space-dependent diffusion constant $D(x)$. This problem is relevant for the exchange of hydroxide ions across a multi-layer membrane in an alkaline electrolyzer. We use $16$ to $64$ grid points across the membrane, resulting from $n=4$ to $6$ data qubits for the ideal quantum simulations that are based on the Qiskit software. For these qubit numbers, the depth of the parametric quantum circuit has been chosen to ensure sufficient expressibility. The state preparation requires particular attention since the diffusivity $D$ is piecewise constant in the different layers with discontinuities at the interface. Furthermore, we compare different classical optimization schemes with respect to their convergence in the VQA method. We demonstrate the applicability of the quantum algorithm to a problem with non-trivial boundary conditions and jump conditions of the diffusion constant and outline possible extensions of the proof-of-concept application case of quantum computing.
• Abstract（参考訳）: 空間依存拡散定数$D(x)$で一次元拡散問題を解く変分量子アルゴリズムを提案する。 この問題はアルカリ電解質中の多層膜をまたぐ水酸化物イオンの交換に関係している。 Qiskitのソフトウェアをベースとした理想的な量子シミュレーションには、$n=4$から$6$のデータキュービットが使用される。 これらの量子ビット数に対して、パラメトリック量子回路の深さは十分な表現性を確保するために選択されている。 差分率$D$がインターフェイスの不連続な異なるレイヤで断片的に一定であるため、状態の準備には特に注意が必要である。 さらに,VQA法における収束性について,古典的最適化手法の比較を行った。 量子アルゴリズムの非自明な境界条件および拡散定数の跳躍条件問題への適用性を実証し、量子コンピューティングの実証-概念的応用事例の拡張を概説する。

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