論文の概要: Simulating fluid vortex interactions on a superconducting quantum processor

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.04023v1
• Date: Wed, 04 Jun 2025 14:52:37 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-05 21:20:14.391945
• Title: Simulating fluid vortex interactions on a superconducting quantum processor
• Title（参考訳）: 超伝導量子プロセッサにおける流体渦相互作用のシミュレーション
• Authors: Ziteng Wang, Jiarun Zhong, Ke Wang, Zitian Zhu, Zehang Bao, Chenjia Zhu, Wenwen Zhao, Yaomin Zhao, Yue Yang, Chao Song, Shiying Xiong,
• Abstract要約: 渦相互作用は、生物系の大気乱流、プラズマ力学、集合乱流でよく見られる。 本稿では,量子コンピュータ上でのマルチ渦相互作用のシミュレーションを可能にするために,量子力学フレームワーク内でのナビエ-ストークス方程式の再構成を行う量子渦法を提案する。 単一量子ビットゲートでは99.97%、2量子ビットゲートでは99.76%のゲート密度を持つ量子プロセッサ上で、8つの量子ビットを用いた自然渦相互作用を再現した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 20.88476392859793
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Vortex interactions are commonly observed in atmospheric turbulence, plasma dynamics, and collective behaviors in biological systems. However, accurately simulating these complex interactions is highly challenging due to the need to capture fine-scale details over extended timescales, which places computational burdens on traditional methods. In this study, we introduce a quantum vortex method, reformulating the Navier--Stokes (NS) equations within a quantum mechanical framework to enable the simulation of multi-vortex interactions on a quantum computer. We construct the effective Hamiltonian for the vortex system and implement a spatiotemporal evolution circuit to simulate its dynamics over prolonged periods. By leveraging eight qubits on a superconducting quantum processor with gate fidelities of 99.97\% for single-qubit gates and 99.76\% for two-qubit gates, we successfully reproduce natural vortex interactions. This method bridges classical fluid dynamics and quantum computing, offering a novel computational platform for studying vortex dynamics. Our results demonstrate the potential of quantum computing to tackle longstanding challenges in fluid dynamics and broaden applications across both natural and engineering systems.
• Abstract（参考訳）: 渦相互作用は、大気の乱流、プラズマ力学、生物系の集団行動でよく見られる。 しかし、これらの複雑な相互作用を正確にシミュレートすることは、従来の手法に計算負荷を課す拡張時間スケール上の細かな詳細をキャプチャする必要があるため、非常に困難である。 本研究では,量子コンピュータ上でのマルチ渦相互作用のシミュレーションを可能にするために,量子力学フレームワーク内のNavier-Stokes(NS)方程式を再構成する量子渦法を提案する。 ボルテックス系に対する実効ハミルトニアンを構築し、長期にわたってそのダイナミクスをシミュレートする時空間進化回路を実装した。 超伝導量子プロセッサ上の8つの量子ビットを1つの量子ビットゲートに99.97\%、2つの量子ビットゲートに99.76\%のゲート密度で利用することにより、自然の渦相互作用を再現することに成功した。 この方法は古典流体力学と量子コンピューティングを橋渡しし、渦力学を研究するための新しい計算プラットフォームを提供する。 本研究は, 流体力学の長年にわたる課題に量子コンピューティングが取り組む可能性を示し, 自然・工学の両分野に応用を広げるものである。

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