Podrobno

Kodiranje hamiltoniana v kvantni simulaciji razširjanja valovanja, difuzije in stacionarnih stanj
ID Novak, Roman (Avtor)

.pdfPDF - Predstavitvena datoteka, prenos (331,15 KB)
MD5: F0817422F84D7935AFFBD7E047B7E28E
URLURL - Izvorni URL, za dostop obiščite https://ev.fe.uni-lj.si/3-2026/Novak.pdf Povezava se odpre v novem oknu

Izvleček
Kvantno računalništvo je temeljno nov pristop k simulaciji realnih pojavov z izkoriščanjem superpozicije, prepletenosti ter interference za kodiranje in obdelavo informacij na podlagi dinamike kvantnih stanj. Kvantni algoritmi za simulacijo problemov na osnovi parcialnih diferencialnih enačb (PDE) so že dosegli določen napredek, zlasti prek reševanja linearnih sistemov, vendar ostajajo drugi, potencialno obetavnejši pristopi razmeroma slabo raziskani. Namen prispevka je analizirati primernost izbranih PDE za neposredno preslikavo na Hamiltonov operator ter opredeliti, kdaj in kako je mogoče te enačbe naravno vključiti v kvantno dinamiko. Osrednji poudarek je na valovni enačbi zaradi njenega pomena za modeliranje razširjanja elektromagnetnih (EM) valov v komunikacijskih sistemih. Kodiranje hamiltoniana valovne enačbe razširimo tudi na toplotno in Poissonovo enačbo. Skupaj te enačbe modelirajo razširjanje valovanja, difuzijo in stacionarne pojave, ki so ključnega pomena v fiziki in inženirstvu. Identificiramo kvantno specifične omejitve, ki nastanejo pri preslikavi teh enačb v kvantne sisteme. Neohranjanje energije, realni robni pogoji in nehomogeni mediji so izzivi, ki jih v klasičnih numeričnih shemah, kot je Yeejeva metoda končnih razlik v časovni domeni (FDTD), ni. Razumevanje teh omejitev je ključno za določitev realnih področij uporabe in za oblikovanje pogojev, pod katerimi lahko kvantna simulacija prinese prednost.

Jezik:Slovenski jezik
Ključne besede:kvantni algoritmi, parcialne diferencialne enačbe, valovna, toplotna in Poissonova enačba, metode končnih razlik, simulacija hamiltoniana, numerično modeliranje, kvantno ohlajanje, kvadratna neomejena binarna optimizacija
Vrsta gradiva:Članek v reviji
Tipologija:1.01 - Izvirni znanstveni članek
Organizacija:FE - Fakulteta za elektrotehniko
Različica publikacije:Objavljena publikacija
Datum objave:01.01.2026
Leto izida:2026
Št. strani:Str. 100-109
Številčenje:Vol. 93, št. 3
PID:20.500.12556/RUL-189530 Povezava se odpre v novem oknu
UDK:53
ISSN pri članku:2232-3236
COBISS.SI-ID:291438083 Povezava se odpre v novem oknu
Datum objave v RUL:08.10.2026
Število ogledov:132
Število prenosov:43
Metapodatki:XML DC-XML DC-RDF
:
Kopiraj citat
Objavi na:Bookmark and Share

Gradivo je del revije

Naslov:Elektrotehniški vestnik online
Založnik:Elektrotehniška zveza Slovenije
ISSN:2232-3236
COBISS.SI-ID:255711488 Povezava se odpre v novem oknu

Licence

Licenca:CC BY 4.0, Creative Commons Priznanje avtorstva 4.0 Mednarodna
Povezava:http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.sl
Opis:To je standardna licenca Creative Commons, ki daje uporabnikom največ možnosti za nadaljnjo uporabo dela, pri čemer morajo navesti avtorja.

Sekundarni jezik

Jezik:Angleški jezik
Naslov:Hamiltonian encoding in quantum simulation of wave propagation, diffusion, and steady-state problems
Izvleček:
Quantum computing introduces a fundamentally new paradigm for simulating physical systems by leveraging superposition, entanglement, and interference to encode and manipulate information through the dynamics of quantum states. The application of quantum algorithms to simulate problems based on partial differential equations (PDEs) has made some progress, particularly through linear system solving; however, other potentially more promising methods remain comparatively underexplored. Here we investigate the suitability of selected PDEs for direct Hamiltonian mapping, examining when and how these equations can be naturally embedded into quantum dynamics. Our primary focus is on the wave equation, due to its significance for electromagnetic (EM) propagation modeling in communication systems. We further extend the Hamiltonian encoding to the heat and Poisson equations. Together, these equations model propagation, diffusion, and steady-state phenomena central to physics and engineering. We identify quantum-specific constraints that arise when mapping these equations to quantum systems. Energy non-conservation, realistic boundaries, and general inhomogeneous media pose challenges not present in classical numerical schemes, such as Yee’s finite-difference time-domain (FDTD) method. Understanding these limitations is essential for determining realistic application domains and for formulating conditions under which quantum simulation can provide an advantage.

Ključne besede:quantum algorithms, partial differential equations, wave, heat, and Poisson equations, finite difference methods, Hamiltonian simulation, numerical modeling, quantum annealing, quadratic unconstrained binary optimization

Projekti

Financer:ARIS - Javna agencija za znanstvenoraziskovalno in inovacijsko dejavnost Republike Slovenije
Številka projekta:P2-0016
Naslov:Komunikacijska omrežja in storitve

Podobna dela

Podobna dela v RUL:
Podobna dela v drugih slovenskih zbirkah:

Zbirka

To gradivo je del naslednjih zbirk del:
  1. Elektrotehniški vestnik

Nazaj