The transparent boundary condition for the free Schr\"{o}dinger equation on a rectangular computational domain requires implementation of an operator of the form $\sqrt{\partial_t-i\triangle_{\Gamma}}$ where $\triangle_{\Gamma}$ is the Laplace-Beltrami operator. It is known that this operator is nonlocal in time as well as space which poses a significant challenge in developing an efficient numerical method of solution. The computational complexity of the existing methods scale with the number of time-steps which can be attributed to the nonlocal nature of the boundary operator. In this work, we report an effectively local approximation for the boundary operator such that the resulting complexity remains independent of number of time-steps. At the heart of this algorithm is a Pad\'e approximant based rational approximation of certain fractional operators that handles corners of the domain adequately. For the spatial discretization, we use a Legendre-Galerkin spectral method with a new boundary adapted basis which ensures that the resulting linear system is banded. A compatible boundary-lifting procedure is also presented which accommodates the segments as well as the corners on the boundary. The proposed novel scheme can be implemented within the framework of any one-step time marching schemes. In particular, we demonstrate these ideas for two one-step methods, namely, the backward-differentiation formula of order 1 (BDF1) and the trapezoidal rule (TR). For the sake of comparison, we also present a convolution quadrature based scheme conforming to the one-step methods which is computationally expensive but serves as a golden standard. Finally, several numerical tests are presented to demonstrate the effectiveness of our novel method as well as to verify the order of convergence empirically.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

专知会员服务
32+阅读 · 2021年3月7日
【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
143+阅读 · 2020年7月6日
ExBert — 可视化分析Transformer学到的表示
专知会员服务
31+阅读 · 2019年10月16日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
CNN 反向传播算法推导
统计学习与视觉计算组
30+阅读 · 2017年12月29日
可解释的CNN
CreateAMind
17+阅读 · 2017年10月5日
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
相关资讯
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
CNN 反向传播算法推导
统计学习与视觉计算组
30+阅读 · 2017年12月29日
可解释的CNN
CreateAMind
17+阅读 · 2017年10月5日
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17日
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员