MF-Box：面向物质功率谱的多保真度多尺度仿真

我们介绍 MF-Box，即 MFEmulator 的扩展版本，设计为功率谱的快速代理模型，使用来自不同盒子尺寸和粒子负载的 N 体模拟套件训练。为展示 MF-Box 的有效性，我们设计的模拟套件包含低保真度套件（L1 和 L2），尺寸分别为 $256 \,\mathrm{Mpc}/h$ 和 $100 \,\mathrm{Mpc}/h$，各含 $128^3$ 个粒子，以及高保真度套件（HF）在 $256 \,\mathrm{Mpc}/h$ 下含 $512^3$ 个粒子，相较低保真度套件代表更高粒子负载。MF-Box 充当概率性分辨率修正函数，从 L1 和 L2 模拟中学习大部分宇宙学依赖关系，并仅用 3 次 HF 模拟借助高斯过程修正分辨率差异。MF-Box 成功对我们 HF 测试集的功率谱进行仿真，在 $z \in [0, 3]$ 下直至 $k \simeq 7 \,h/\mathrm{Mpc}$ 相对误差 $< 3\%$，同时保持与我们先前多保真度方法相近的计算代价，而后者仅准确到 $z = 1$。在更小盒子中增加额外低保真度节点显著提升了 MF-Box 在 $k > 2 \,h/\mathrm{Mpc}$ 的仿真精度，提升达 10 倍。我们基于计算预算对 MF-Box 进行误差分析，为优化各保真度节点的预算分配提供指导。我们提出的 MF-Box 使未来巡天能有效结合不同质量的模拟套件，在确保成本效率的同时扩展仿真能力范围。