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量子物理

arXiv:2507.02577 (quant-ph)
[提交于 2025年7月3日 ]

标题: 量子计算对未来电力电子计算格局的影响:一个简短教程

标题: Future Impact of Quantum Computing on the Computational Landscape of Power Electronics: A Short Tutorial

Authors:Nikolaos G. Paterakis, Petros Karamanakos, Corey O'Meara, Georgios Papafotiou
摘要: 量子计算正作为一种有前景的技术出现,用于解决在各种工程领域中出现的复杂优化问题,因此也有潜力显著影响电力电子应用。 本文提供了一个关于量子计算基本概念的简明教程,既作为该领域的入门,又作为其在电力电子潜在应用的桥梁。 作为这一方向的第一步,研究了量子计算在解决电力电子中常见的离线混合整数优化问题中的应用。 为此,一个简化的电力电子设计问题被重新表述为无约束二次二进制优化(QUBO)问题,并在量子硬件上执行,尽管目前存在诸如量子比特数量少和硬件噪声等限制。 这一演示标志着利用量子方法在电力电子领域迈出的先驱性一步。 此外,讨论了量子算法和硬件持续进步的影响,强调它们有望实现大规模、多目标设计和控制问题的有效解决。 所呈现的结果表明,早期采用和探索量子计算可能在不久的将来显著扩展电力电子系统的功能和性能。
摘要: Quantum computing is emerging as a promising technology for solving complex optimization problems that arise in various engineering fields, and therefore has the potential to also significantly impact power electronics applications. This paper offers a concise tutorial on fundamental concepts in quantum computing, serving as both an introduction to the field and a bridge to its potential applications in power electronics. As a first step in this direction, the use of quantum computing for solving offline mixed-integer optimization problems commonly encountered in power electronics is examined. To this end, a simplified power electronics design problem is reformulated as a quadratic unconstrained binary optimization (QUBO) problem and executed on quantum hardware, despite current limitations such as low qubit counts and hardware noise. This demonstration marks a pioneering step towards leveraging quantum methods in power electronics. Moreover, the implications of ongoing advancements in quantum algorithms and hardware are discussed, highlighting their potential to enable the efficient solution of large-scale, multiobjective design and control problems. The presented findings suggest that early adoption and exploration of quantum computing could significantly expand the capabilities and performance of power electronic systems in the near future.
主题: 量子物理 (quant-ph) ; 优化与控制 (math.OC)
引用方式: arXiv:2507.02577 [quant-ph]
  (或者 arXiv:2507.02577v1 [quant-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.02577
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Nikolaos Paterakis [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2025 年 7 月 3 日 12:33:38 UTC (14,408 KB)
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