論文の概要: Feasibility of accelerating incompressible computational fluid dynamics simulations with fault-tolerant quantum computers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.06323v1
- Date: Mon, 10 Jun 2024 14:38:46 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-06-11 13:38:29.291871
- Title: Feasibility of accelerating incompressible computational fluid dynamics simulations with fault-tolerant quantum computers
- Title（参考訳）: フォールトトレラント量子コンピュータを用いた非圧縮性流体力学シミュレーションの高速化の可能性
- Authors: John Penuel, Amara Katabarwa, Peter D. Johnson, Collin Farquhar, Yudong Cao, Michael C. Garrett,
- Abstract要約: 本研究では, CFDシミュレーションの高速化と精度向上のため, フォールトトレラント量子コンピュータの適用可能性について検討した。
シュミレーション駆動型船舶設計の例として,定常流れの抗力を計算するシミュレーションについて考察する。
球面上のドラッグ力の単純な場合に必要な量子資源を推定する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.7812428873698407
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Across industries, traditional design and engineering workflows are being upgraded to simulation-driven processes. Many workflows include computational fluid dynamics (CFD). Simulations of turbulent flow are notorious for high compute costs and reliance on approximate methods that compromise accuracy. Improvements in the speed and accuracy of CFD calculations would potentially reduce design workflow costs by reducing computational costs and eliminating the need for experimental testing. This study explores the feasibility of using fault-tolerant quantum computers to improve the speed and accuracy of CFD simulations in the incompressible or weakly compressible regime. For the example of simulation-driven ship design, we consider simulations for calculating the drag force in steady-state flows, and provide analysis on economic utility and classical hardness. As a waypoint toward assessing the feasibility of our chosen quantum approach, we estimate the quantum resources required for the simpler case of drag force on a sphere. We estimate the product of logical qubits $\times$ $T$ gates to range from $10^{22}$ to $10^{28}$. These high initial estimates suggest that future quantum computers are unlikely to provide utility for incompressible CFD applications unless significant algorithmic advancements or alternative quantum approaches are developed. Encouraged by applications in quantum chemistry that have realized orders-of-magnitude improvements as they matured, we identify the most promising next steps for quantum resource reduction as we work to scale up our estimates from spheres to utility-scale problems with more complex geometry.
- Abstract（参考訳）: 業界全体では、伝統的な設計とエンジニアリングのワークフローがシミュレーション駆動のプロセスにアップグレードされている。
多くのワークフローには計算流体力学(CFD)がある。
乱流のシミュレーションは、高い計算コストと精度を損なう近似手法に依存することで有名である。
CFD計算の高速化と精度の向上は、計算コストを削減し、実験的なテストの必要性をなくすことで、設計ワークフローコストを削減できる可能性がある。
本研究では, 耐故障性量子コンピュータによる非圧縮性あるいは弱い圧縮性体制下でのCFDシミュレーションの高速化と精度向上の実現可能性について検討する。
シミュレーション駆動型船舶設計の例では,定常流れの抗力を計算するためのシミュレーションを検討し,経済性や古典的硬さの分析を行う。
選択した量子アプローチの実現可能性を評価するための道筋として、球面上のドラッグ力の単純な場合に必要な量子資源を推定する。
論理キュービットの積を$\times$$T$ゲートから10^{22}$から10^{28}$まで見積もる。
これらの高い初期推定は、将来の量子コンピュータは、重要なアルゴリズムの進歩や代替の量子アプローチが開発されない限り、圧縮不能なCFDアプリケーションにユーティリティを提供する可能性は低いことを示唆している。
成熟した量子化学の応用により、量子資源削減の最も有望な次のステップは、球面からより複雑な幾何学によるユーティリティスケールの問題へのスケールアップである。
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