Simulazione Variazionale Quantistica per i Modi Trasverso Elettrici delle Guide D’onda

Variational quantum algorithms (VQAs) are among the most promising methods that can be implemented on noisy intermediate-scale quantum (NISQ) machines to achieve quantum advantage over classical computers. This article describes the utilization of a VQA in conjunction with the finite difference method to compute the propagation modes of an electromagnetic wave (TE mode) in a hollow metallic waveguide. The two-dimensional (2-D) waveguide problem, governed by the Helmholtz equation, is approximated as a system of linear equations, with solutions expressed in terms of simple quantum expectation values that can be efficiently evaluated on quantum hardware. Numerical examples are presented to validate the proposed method for solving 2-D waveguide problems.

Gli algoritmi quantistici variazionali (VQA) rappresentano uno dei metodi più promettenti che possono essere implementati su macchine quantistiche di scala intermedia rumorose per ottenere un vantaggio quantistico rispetto ai computer classici. Questo articolo descrive l’uso di un VQA in combinazione con il metodo delle differenze finite per il calcolo delle modalità di propagazione di un’onda elettromagnetica (TE) in una guida d’onda metallica cava. Il problema della guida d’onda bidimensionale (2-D), descritto dall’equazione di Helmholtz, è approssimato da un sistema di equazioni lineari, le cui soluzioni sono espresse in termini di semplici valori di aspettazione quantistica che possono essere valutati efficientemente sull’hardware quantistico. Sono presentati esempi numerici per convalidare il metodo proposto per la soluzione dei problemi di guida d’onda 2-D.