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A Quantum-Inspired Algorithm for Wave Simulation Using Tensor Networks

Lively, Kevin und Pagni, Vittorio und Camacho, Gonzalo (2025) A Quantum-Inspired Algorithm for Wave Simulation Using Tensor Networks. In: 2025 IEEE International Conference on Quantum Computing and Engineering (QCE), Seiten 1926-1937. 2025 IEEE International Conference on Quantum Computing and Engineering (QCE), 2025-08-30 - 2025-09-05, Albuquerque, NM, USA. doi: 10.1109/QCE65121.2025. ISBN 979-8-3315-5736-2.

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Offizielle URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/11250262

Kurzfassung

We present an efficient classical algorithm based on the construction of a unitary quantum circuit for simulating the Isotropic Wave Equation (IWE) in one, two, or three dimensions. Using an analogy with the massless Dirac equation second order time and space derivatives in the IWE are reduced to first order, resulting in a Schrödinger equation of motion. Exact diagonalization of the unitary circuit in combination with Tensor Networks allows simulation of the wave equation with a resolution of 10¹³ grid points on a laptop. A method for encoding arbitrary analytical functions into diagonal Matrix Product Operators (MPOs) is employed to prepare and evolve a Matrix Product State (MPS) encoding the solution. Since the method relies on the Quantum Fourier Transform, which has been shown to generate small entanglement when applied to arbitrary MPSs, simulating the evolution of initial conditions with sufficiently low bond dimensions to high accuracy becomes highly efficient, up to the cost of Trotterized propagation and sampling of the wavefunction. We conclude by discussing possible extensions of the approach for carrying out Tensor Network simulations of other partial differential equations such as Maxwell's equations.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/220312/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vorlesung)
Titel:A Quantum-Inspired Algorithm for Wave Simulation Using Tensor Networks
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Lively, Kevinkevin.lively (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2098-1494199368211
Pagni, Vittoriovittorio.pagni (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0006-9753-3656199368212
Camacho, Gonzalogonzalo.camacho (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Dezember 2025
Erschienen in:2025 IEEE International Conference on Quantum Computing and Engineering (QCE)
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.1109/QCE65121.2025
Seitenbereich:Seiten 1926-1937
ISBN:979-8-3315-5736-2
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Partial Differential Equations, Acoustic Wave Equation, Matrix Product States, Tensor Trains, Mulit-Linear Algebra, quantum computing, quantum simulation
Veranstaltungstitel:2025 IEEE International Conference on Quantum Computing and Engineering (QCE)
Veranstaltungsort:Albuquerque, NM, USA
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:30 August 2025
Veranstaltungsende:5 September 2025
Veranstalter :IEEE
HGF - Forschungsbereich:keine Zuordnung
HGF - Programm:keine Zuordnung
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:Quantencomputing-Initiative
DLR - Forschungsgebiet:QC SW - Software
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):QC - ALQU
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Softwaretechnologie
Hinterlegt von: Lively, Kevin
Hinterlegt am:11 Dez 2025 09:24
Letzte Änderung:11 Dez 2025 09:24

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