論文の概要: A Pathway to Practical Quantum Advantage in Solving Navier-Stokes Equations

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.08807v1
• Date: Wed, 10 Sep 2025 17:40:19 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-11 15:16:52.534785
• Title: A Pathway to Practical Quantum Advantage in Solving Navier-Stokes Equations
• Title（参考訳）: Navier-Stokes方程式の解法における実用的量子アドバンテージへの道
• Authors: Xi-Ning Zhuang, Zhao-Yun Chen, Ming-Yang Tan, Jiaxuan Zhang, Chuang-Chao Ye, Tian-Hao Wei, Teng-Yang Ma, Cheng Xue, Huan-Yu Liu, Qing-Song Li, Tai-Ping Sun, Xiao-Fan Xu, Yun-Jie Wang, Yu-Chun Wu, Guo-Ping Guo,
• Abstract要約: Navier-Stokes方程式 (NSE) の解法は、高い入力出力オーバーヘッドと非線形性のため、量子アルゴリズムには依然として弱い。 そこで我々は,大規模NSEシミュレーションのための量子優位性への実践的な経路をグラフ化するフルスタック・フレームワークを構築した。 この研究は、理論量子スピードアップと高性能科学計算の実践的展開のギャップを埋めるものである。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.682280935861855
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The advent of fault-tolerant quantum computing (FTQC) promises to tackle classically intractable problems. A key milestone is solving the Navier-Stokes equations (NSE), which has remained formidable for quantum algorithms due to their high input-output overhead and nonlinearity. Here, we establish a full-stack framework that charts a practical pathway to a quantum advantage for large-scale NSE simulation. Our approach integrates a spectral-based input/output algorithm, an explicit and synthesized quantum circuit, and a refined error-correction protocol. The algorithm achieves an end-to-end exponential speedup in asymptotic complexity, meeting the lower bound for general quantum linear system solvers. Through symmetry-based circuit synthesis and optimized error correction, we reduce the required logical and physical resources by two orders of magnitude. Our concrete resource analysis demonstrates that solving NSE on a $2^{80}$-grid is feasible with 8.71 million physical qubits (at an error rate of $5 \times 10^{-4}$) in 42.6 days -- outperforming a state-of-the-art supercomputer, which would require over a century. This work bridges the gap between theoretical quantum speedup and the practical deployment of high-performance scientific computing.
• Abstract（参考訳）: フォールトトレラント量子コンピューティング(FTQC)の出現は、古典的に難解な問題に取り組むことを約束する。 Navier-Stokes方程式 (NSE) は、高い入力出力オーバーヘッドと非線形性のため、量子アルゴリズムに弱いままである。 そこで我々は,大規模NSEシミュレーションのための量子優位性への実践的な経路をグラフ化するフルスタック・フレームワークを構築した。 提案手法は,スペクトルベースの入出力アルゴリズム,明示的で合成された量子回路,洗練された誤り訂正プロトコルを統合する。 このアルゴリズムは漸近的複雑性における終端から終端までの指数的スピードアップを達成し、一般量子線形系解法に対する下界を満たす。 対称性に基づく回路合成と最適化された誤差補正により、必要な論理資源と物理資源を2桁の規模で削減する。 具体的資源分析により、NSEを$2^{80}$-gridで解くことは、42.6日で8.71億の物理量子ビット(エラー率5ドル10^{-4}$)で実現可能であることが示され、1世紀以上かかる最先端のスーパーコンピュータを上回った。 この研究は、理論量子スピードアップと高性能科学計算の実践的展開のギャップを埋めるものである。

関連論文リスト

• Quantum circuit synthesis with qudit phase gadget method [12.51731919903278]
  対角ユニタリ行列を合成するための新しいQudit位相ガジェット法を提案する。 この方法は、ノイズ中間スケール量子(NISQ)とフォールトトレラントの時代に適している。 10量子対角ユニタリの場合、このアルゴリズムは回路深さをおよそ100000から500に減らし、300個のアシラリーキュートリットを持つ。
  論文  参考訳（メタデータ） (2025-04-17T07:26:33Z)
• Approximate Quantum Circuit Synthesis for Diagonal Unitary [15.973412320107673]
  対角ユニタリ合成は、量子回路合成問題において重要な役割を果たす。 本稿では,特定の量子リソース制限に基づいて対角的なユニタリ実装を設計するための量子回路合成アルゴリズムを提案する。 我々のアルゴリズムは、通常のラップトップ上で最大15キュービットの量子回路に対して対角ユニタリを合成することができる。
  論文  参考訳（メタデータ） (2024-12-02T08:54:23Z)
• On the practicality of quantum sieving algorithms for the shortest vector problem [42.70026220176376]
  格子ベースの暗号は、量子後暗号の主要な候補の1つである。 量子攻撃に対する暗号セキュリティは、最短ベクトル問題(SVP)のような格子問題に基づいている SVPを解くための漸近的な量子スピードアップはGroverの探索に依存している。
  論文  参考訳（メタデータ） (2024-10-17T16:54:41Z)
• Route-Forcing: Scalable Quantum Circuit Mapping for Scalable Quantum Computing Architectures [41.39072840772559]
  Route-Forcingは量子回路マッピングアルゴリズムで、平均スピードアップが3.7Times$であることを示している。 本稿では、最先端のスケーラブルな手法と比較して平均3.7倍の高速化を示す量子回路マッピングアルゴリズムを提案する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2024-07-24T14:21:41Z)
• A multiple-circuit approach to quantum resource reduction with application to the quantum lattice Boltzmann method [39.671915199737846]
  量子格子ボルツマン法(QLBM)における非圧縮性ナビエ-ストークス方程式の多重回路アルゴリズムを提案する。 提案法は2次元蓋駆動キャビティフローに対して検証および実証を行った。
  論文  参考訳（メタデータ） (2024-01-20T15:32:01Z)
• QuantumSEA: In-Time Sparse Exploration for Noise Adaptive Quantum Circuits [82.50620782471485]
  QuantumSEAはノイズ適応型量子回路のインタイムスパース探索である。 1)トレーニング中の暗黙の回路容量と(2)雑音の頑健さの2つの主要な目標を達成することを目的としている。 提案手法は, 量子ゲート数の半減と回路実行の2倍の時間節約で, 最先端の計算結果を確立する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2024-01-10T22:33:00Z)
• Single-Layer Digitized-Counterdiabatic Quantum Optimization for $p$-spin Models [8.463477025989542]
  我々は、デジタルカウンタダイバティック量子最適化(DCQO)アルゴリズムを利用して、4つの局所相互作用までの$p$-spinモデルの最適解を求める。 変分法を用いてパラメータを最適化することにより,それぞれ100ドル,93%,83%のインスタンスに対して,単位精度2-スピン,3-スピン,4-スピンの問題を解く。
  論文  参考訳（メタデータ） (2023-11-11T22:49:16Z)
• Quantum State Preparation with Optimal Circuit Depth: Implementations and Applications [10.436969366019015]
  我々は、$Theta(n)$-depth回路は、$O(ndlog d)$ acillary qubitsを持つ$Theta(log(nd))で作成可能であることを示す。 我々は、ハミルトンシミュレーション、方程式の線形系解法、量子ランダムアクセスメモリの実現など、異なる量子コンピューティングタスクにおける結果の適用について論じる。
  論文  参考訳（メタデータ） (2022-01-27T13:16:30Z)

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。