論文の概要: Quantum lattice Boltzmann method for simulating nonlinear fluid dynamics
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.16568v1
- Date: Sun, 23 Feb 2025 13:25:35 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-02-25 15:51:52.026983
- Title: Quantum lattice Boltzmann method for simulating nonlinear fluid dynamics
- Title（参考訳）: 非線形流体力学シミュレーションのための量子格子ボルツマン法
- Authors: Boyuan Wang, Zhaoyuan Meng, Yaomin Zhao, Yue Yang,
- Abstract要約: 量子コンピュータ上での非線形流体力学をシミュレーションするための格子ガスの新たなアンサンブル記述を導入する。
中次元の線形演算に依存する量子格子ボルツマン法を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 12.270811823319576
- License:
- Abstract: Quantum computing holds great promise to accelerate scientific computations in fluid dynamics and other classical physical systems. While various quantum algorithms have been proposed for linear flows, developing quantum algorithms for nonlinear problems remains a significant challenge. We introduce a novel node-level ensemble description of lattice gas for simulating nonlinear fluid dynamics on a quantum computer. This approach combines the advantages of the lattice Boltzmann method, which offers low-dimensional representation, and lattice gas cellular automata, which provide linear collision treatment. Building on this framework, we propose a quantum lattice Boltzmann method that relies on linear operations with medium dimensionality. We validated the algorithm through comprehensive simulations of benchmark cases, including vortex-pair merging and decaying turbulence on $2048^2$ computational grid points. The results demonstrate remarkable agreement with direct numerical simulation, effectively capturing the essential nonlinear mechanisms of fluid dynamics. This work offers valuable insights into developing quantum algorithms for other nonlinear problems, and potentially advances the application of quantum computing across various transport phenomena in engineering.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングは流体力学やその他の古典的な物理系における科学計算を加速させる大きな約束を持っている。
線形流に対して様々な量子アルゴリズムが提案されているが、非線形問題に対する量子アルゴリズムの開発は依然として大きな課題である。
量子コンピュータ上で非線形流体力学をシミュレートするための格子ガスのノードレベルアンサンブル記述を新たに導入する。
このアプローチは、低次元表現を提供する格子ボルツマン法と線形衝突処理を提供する格子ガスセルオートマトンを併用する。
この枠組みに基づいて,中間次元の線形演算に依存する量子格子ボルツマン法を提案する。
我々は,2048^2$計算格子点上の渦対合併と崩壊乱流を含むベンチマークケースの総合シミュレーションにより,アルゴリズムの検証を行った。
この結果は直接数値シミュレーションと顕著な一致を示し、流体力学の本質的な非線形メカニズムを効果的に捉えた。
この研究は、他の非線形問題に対する量子アルゴリズムの開発に関する貴重な洞察を与え、工学における様々な輸送現象にまたがる量子コンピューティングの適用を前進させる可能性がある。
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