論文の概要: Potential quantum advantage for simulation of fluid dynamics

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2303.16550v3
• Date: Fri, 29 Mar 2024 00:20:12 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-04-01 20:56:17.109679
• Title: Potential quantum advantage for simulation of fluid dynamics
• Title（参考訳）: 流体力学シミュレーションのためのポテンシャル量子優位性
• Authors: Xiangyu Li, Xiaolong Yin, Nathan Wiebe, Jaehun Chun, Gregory K. Schenter, Margaret S. Cheung, Johannes Mülmenstädt,
• Abstract要約: 我々は,量子コンピューティングを用いて乱流を制御したナビエ・ストークス方程式をシミュレートするために,潜在的な量子指数的高速化を実現することができることを示す。 この研究は、非線形多スケール輸送現象をシミュレートする指数的な量子優位性が存在することを示唆している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.4046104514367475
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Numerical simulation of turbulent fluid dynamics needs to either parameterize turbulence-which introduces large uncertainties-or explicitly resolve the smallest scales-which is prohibitively expensive. Here we provide evidence through analytic bounds and numerical studies that a potential quantum exponential speedup can be achieved to simulate the Navier-Stokes equations governing turbulence using quantum computing. Specifically, we provide a formulation of the lattice Boltzmann equation for which we give evidence that low-order Carleman linearization is much more accurate than previously believed for these systems and that for computationally interesting examples. This is achieved via a combination of reformulating the nonlinearity and accurately linearizing the dynamical equations, effectively trading nonlinearity for additional degrees of freedom that add negligible expense in the quantum solver. Based on this we apply a quantum algorithm for simulating the Carleman-linearized lattice Boltzmann equation and provide evidence that its cost scales logarithmically with system size, compared to polynomial scaling in the best known classical algorithms. This work suggests that an exponential quantum advantage may exist for simulating fluid dynamics, paving the way for simulating nonlinear multiscale transport phenomena in a wide range of disciplines using quantum computing.
• Abstract（参考訳）: 乱流力学の数値シミュレーションでは、大きな不確実性をもたらす乱流をパラメータ化するか、最小のスケールを明示的に解決する必要がある。 ここでは、解析的境界と数値的研究を通じて、量子計算を用いて乱流を管理するナビエ・ストークス方程式をシミュレートする潜在的な量子指数的スピードアップを達成することができることを示す。 具体的には、格子ボルツマン方程式の定式化を行い、これらの系に対して以前に信じられていたよりも低次カールマン線型化の方がはるかに正確であることを示す。 これは、非線形性を再構成し、動的方程式を正確に線形化し、量子解法において無視可能なコストを増す追加自由度のために非線形性を効果的に交換することで達成される。 これに基づいて、カールマン線形格子ボルツマン方程式をシミュレートする量子アルゴリズムを適用し、最もよく知られた古典的アルゴリズムの多項式スケーリングと比較して、そのコストが対数的にシステムサイズにスケールすることを示す。 この研究は、流体力学をシミュレートする指数的な量子優位性が存在し、量子コンピューティングを用いて幅広い分野において非線形多スケール輸送現象をシミュレートする方法を編み出すことを示唆している。

関連論文リスト

• Enabling Large-Scale and High-Precision Fluid Simulations on Near-Term Quantum Computers [17.27937804402152]
  量子計算流体力学(QCFD)は古典計算流体力学(CFD)に代わる有望な選択肢を提供する 本稿では,量子線形解法における誤りを抑制する反復的手法 "Iterative-QLS" を含む包括的QCFD法を提案する。 本手法を超伝導量子コンピュータに実装し,定常ポアゼイユ流と非定常音波伝搬のシミュレーションに成功した。
  論文  参考訳（メタデータ） (2024-06-10T07:21:23Z)
• Simulating unsteady fluid flows on a superconducting quantum processor [23.24560103938476]
  本稿では, 量子符号化, 進化, 流れ状態の検出を含む非定常流れのディジタルシミュレーション実験について報告する。 この研究は、現実的な応用のために乱流のようなより複雑な流れをシミュレートする量子コンピューティングの可能性を示す。
  論文  参考訳（メタデータ） (2024-04-24T13:45:43Z)
• Machine learning of hidden variables in multiscale fluid simulation [77.34726150561087]
  流体力学方程式を解くには、しばしばミクロ物理学の欠如を考慮に入れた閉包関係を用いる必要がある。 本研究では, 終端微分可能な偏微分方程式シミュレータを用いて, 偏微分ニューラルネットワークを訓練する。 本手法により, 非線形, 大型クヌーズン数プラズマ物理を再現する方程式に基づく手法が可能であることを示す。
  論文  参考訳（メタデータ） (2023-06-19T06:02:53Z)
• Quantum computing of fluid dynamics using the hydrodynamic Schr\"odinger equation [7.752417113600681]
  流体力学シュリンガー方程式(HSE)に基づく流体力学の量子計算の枠組みを提案する。 我々はHSEを解くための予測補正量子アルゴリズムを開発した。 このアルゴリズムは指数的高速化を伴う量子シミュレータQiskit上の単純な流れに対して実装されている。
  論文  参考訳（メタデータ） (2023-02-20T03:43:27Z)
• Quantum Computing for Fusion Energy Science Applications [0.0]
  量子コンピュータを用いて線形力学と非線形力学の両方をより詳細にシミュレートする話題について検討する。 我々は、クープマン進化作用素とペロン・フロベニウス進化作用素との接続を明示的に導出することにより、線形系に埋め込まれた非線形系に対する以前の結果を拡張した。 本稿では,非線形プラズマ力学において重要な量子マップのシミュレーションと波動-波動相互作用のシミュレーションを通して,波動-粒子相互作用の玩具モデルのシミュレーションについて議論する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2022-12-09T18:56:46Z)
• Quantum emulation of the transient dynamics in the multistate Landau-Zener model [50.591267188664666]
  本研究では,Landau-Zenerモデルにおける過渡ダイナミクスを,Landau-Zener速度の関数として検討する。 我々の実験は、工学的なボソニックモードスペクトルに結合した量子ビットを用いたより複雑なシミュレーションの道を開いた。
  論文  参考訳（メタデータ） (2022-11-26T15:04:11Z)
• Discovering hydrodynamic equations of many-body quantum systems [0.0]
  利用可能な限られたデータから有効な方程式を自動発見するための新しい機械学習フレームワークを開発する。 我々は、既知の流体力学方程式を再現し、新しい方程式を著しく発見し、その導出を提供する。 我々の手法は、非摂動状態における量子材料と量子シミュレータの性質を研究するための新しい解釈可能な方法を提供する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2021-11-03T17:55:07Z)
• Quantum algorithms for quantum dynamics: A performance study on the spin-boson model [68.8204255655161]
  量子力学シミュレーションのための量子アルゴリズムは、伝統的に時間進化作用素のトロッター近似の実装に基づいている。 変分量子アルゴリズムは欠かせない代替手段となり、現在のハードウェア上での小規模なシミュレーションを可能にしている。 量子ゲートコストが明らかに削減されているにもかかわらず、現在の実装における変分法は量子的優位性をもたらすことはありそうにない。
  論文  参考訳（メタデータ） (2021-08-09T18:00:05Z)
• Designing Kerr Interactions for Quantum Information Processing via Counterrotating Terms of Asymmetric Josephson-Junction Loops [68.8204255655161]
  静的空洞非線形性は通常、ボゾン量子誤り訂正符号の性能を制限する。 非線形性を摂動として扱うことで、シュリーファー・ヴォルフ変換を用いて実効ハミルトニアンを導出する。 その結果、立方体相互作用は、線形演算と非線形演算の両方の有効率を高めることができることがわかった。
  論文  参考訳（メタデータ） (2021-07-14T15:11:05Z)
• Fixed Depth Hamiltonian Simulation via Cartan Decomposition [59.20417091220753]
  時間に依存しない深さの量子回路を生成するための構成的アルゴリズムを提案する。 一次元横フィールドXYモデルにおけるアンダーソン局在化を含む、モデルの特殊クラスに対するアルゴリズムを強調する。 幅広いスピンモデルとフェルミオンモデルに対して正確な回路を提供するのに加えて、我々のアルゴリズムは最適なハミルトニアンシミュレーションに関する幅広い解析的および数値的な洞察を提供する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2021-04-01T19:06:00Z)
• Linear embedding of nonlinear dynamical systems and prospects for efficient quantum algorithms [74.17312533172291]
  有限非線形力学系を無限線型力学系(埋め込み)にマッピングする方法を述べる。 次に、有限線型系 (truncation) による結果の無限線型系を近似するアプローチを検討する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2020-12-12T00:01:10Z)

関連論文リストは本サイト内にある論文のタイトル・アブストラクトから自動的に作成しています。

指定された論文の情報です。
本サイトの運営者は本サイト（すべての情報・翻訳含む）の品質を保証せず、本サイト（すべての情報・翻訳含む）を使用して発生したあらゆる結果について一切の責任を負いません。