論文の概要: Finite-Element Electromagnetic Analysis and Evaluation of Antenna Performance Metrics Using a Quantum Linear System Solver

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.40693v1
• Date: Wed, 28 Oct 2026 07:41:33 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-11-02 22:05:31.446419
• Title: Finite-Element Electromagnetic Analysis and Evaluation of Antenna Performance Metrics Using a Quantum Linear System Solver
• Title（参考訳）: 量子線形系ソルバを用いた有限要素電磁解析とアンテナ性能測定値の評価
• Abstract要約: 本研究では, ハイブリッド電磁解析, 行列プレコンディショニング, 量子線形システムソルバ, アンテナ設計指標の評価を行う。 提案手法は、アンテナ性能を評価するために量子線形システムソルバを使用するための基盤を提供するとともに、将来、高周波無線デバイスの設計にも利用されることが期待されている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Electromagnetic analysis based on the finite element method is widely used in antenna design. At higher frequencies, however, the required mesh refinement makes solving large sparse linear systems the main contributor to computational cost. Quantum linear system solvers offer a potential means of accelerating this step, but their output is a superposition state: reconstructing all components of the classical solution vector would forfeit the quantum speedup. Prior studies have proposed methods for obtaining physical quantities such as scattering cross sections and scattering parameters from the solution state. To support antenna design using fault-tolerant quantum computers, we formulate the total radiated power, the radiated power within a prescribed solid angle, and the dielectric and conductive losses as observables for efficient evaluation from a quantum solution state. These observables avoid the measurement cost of reconstructing all components of the output quantum state. We develop an end-to-end hybrid quantum--classical workflow that combines finite-element electromagnetic analysis, matrix preconditioning, a quantum linear system solver, and the evaluation of antenna design metrics. To validate the workflow, we performed numerical experiments evaluating these observables for an axisymmetric coaxially fed monopole antenna. Under idealized conditions, the relative errors in the total radiated power and the dissipated power with respect to the classical finite-element solution were on the order of $10^{-3}$, confirming the consistency of the workflow. The proposed method is expected to provide a basis for using quantum linear system solvers to evaluate antenna performance and, in the future, to design high-frequency wireless devices.
• Abstract（参考訳）: 有限要素法に基づく電磁解析はアンテナ設計において広く用いられている。 しかし、高い周波数では、必要となるメッシュ改善により、大きなスパース線形系を解くことが計算コストの主な貢献となる。 量子線形系解法は、このステップを加速する潜在的な手段を提供するが、その出力は重ね合わせ状態であり、古典的な解ベクトルのすべての成分を再構成することで量子スピードアップを弱める。 従来の研究では, 溶液状態から散乱断面積や散乱パラメータなどの物理量を求める方法が提案されている。 耐故障性量子コンピュータを用いたアンテナ設計を支援するため, 総放射パワー, 所定の固体角内における放射パワー, 誘電損失, 導電損失をオブザーバとして定式化し, 量子解状態から効率的に評価する。 これらのオブザーバブルは、出力量子状態のすべてのコンポーネントを再構成する測定コストを回避する。 本研究では,有限要素電磁解析,行列プレコンディショニング,量子線形システムソルバ,アンテナ設計メトリクスの評価を組み合わせたエンドツーエンドのハイブリッド量子-古典的ワークフローを開発する。 このワークフローを検証するために、軸対称同軸単極アンテナの観測可能性を評価する数値実験を行った。 理想化された条件下では、全放射パワーの相対誤差と古典的有限要素解に対する散逸パワーは、ワークフローの整合性を確認するために10^{-3}$のオーダーであった。 提案手法は、アンテナ性能を評価するために量子線形システムソルバを使用するための基盤を提供するとともに、将来、高周波無線デバイスの設計にも利用されることが期待されている。

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