論文の概要: Quantum computing of reacting flows via Hamiltonian simulation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2312.07893v2
- Date: Fri, 14 Jun 2024 14:09:18 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-06-17 19:24:01.465422
- Title: Quantum computing of reacting flows via Hamiltonian simulation
- Title（参考訳）: ハミルトンシミュレーションによる反応流の量子計算
- Authors: Zhen Lu, Yue Yang,
- Abstract要約: 本研究では, 周期的および一般条件下での反応流をシミュレーションするための量子スペクトル法と有限差分法を開発する。
現在の量子コンピューティングアルゴリズムは、時間的離散化なしで与えられた時間に対してワンショットの解を提供する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 13.377719901871027
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: We report the quantum computing of reacting flows by simulating the Hamiltonian dynamics. The scalar transport equation for reacting flows is transformed into a Hamiltonian system, mapping the dissipative and non-Hermitian problem in physical space to a Hermitian one in a higher-dimensional space. Using this approach, we develop the quantum spectral and finite difference methods for simulating reacting flows in periodic and general conditions, respectively. The present quantum computing algorithms offer a ``one-shot'' solution for a given time without temporal discretization, avoiding iterative quantum state preparation and measurement. We compare computational complexities of the quantum and classical algorithms. The quantum spectral method exhibits exponential acceleration relative to its classical counterpart, and the quantum finite difference method can achieve exponential speedup in high-dimensional problems. The quantum algorithms are validated on quantum computing simulators with the Qiskit package. The validation cases cover one- and two-dimensional reacting flows with a linear source term and periodic or inlet-outlet boundary conditions. The results obtained from the quantum spectral and finite difference methods agree with analytical and classical simulation results. They accurately capture the convection, diffusion, and reaction processes. This demonstrates the potential of quantum computing as an efficient tool for the simulation of reactive flows in combustion.
- Abstract（参考訳）: ハミルトン力学をシミュレートして反応流の量子計算を報告する。
反応する流れに対するスカラー輸送方程式はハミルトン系に変換され、物理空間における散逸的および非エルミート問題と高次元空間におけるエルミート問題とをマッピングする。
本手法を用いて, 周期的および一般条件下での反応流をシミュレーションする量子スペクトル法と有限差分法を開発した。
現在の量子コンピューティングアルゴリズムは、時間的離散化を伴わずに、反復的な量子状態の準備と測定を回避して、所定の時間に '`one-shot'' ソリューションを提供する。
量子および古典的アルゴリズムの計算複雑性を比較する。
量子スペクトル法は古典的手法と比較して指数加速度を示し、量子有限差分法は高次元問題において指数速度を達成できる。
量子アルゴリズムはQiskitパッケージを用いて量子コンピューティングシミュレータ上で検証される。
検証ケースは、線形ソース項と周期的またはインレット・アウトレット境界条件を持つ1次元および2次元の反応流をカバーしている。
量子スペクトル法と有限差分法から得られた結果は、解析的および古典的なシミュレーション結果と一致する。
対流、拡散、反応の過程を正確に捉えている。
このことは、燃焼中の反応性の流れをシミュレーションするための効率的なツールとしての量子コンピューティングの可能性を示している。
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