論文の概要: Quantum lattice Boltzmann algorithm for heat transfer with phase change

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.21630v1
• Date: Thu, 25 Sep 2025 21:47:31 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-29 20:57:54.04032
• Title: Quantum lattice Boltzmann algorithm for heat transfer with phase change
• Title（参考訳）: 位相変化を伴う熱伝達のための量子格子ボルツマンアルゴリズム
• Authors: Christopher L. Jawetz, Zhixin Song, Spencer H. Bryngelson, Alexander Alexeev,
• Abstract要約: 本稿では,相変化を伴う熱伝達をシミュレーションするための量子格子ボルツマン法(QLBM)を提案する。 この手法は格子ボルツマン法(LBM)の統計的性質を活用し、量子コンピューティングにおける非線形相転移の課題に対処する。 我々は、古典的および量子的ハードウェア間の頻繁な情報交換を避けるために、位相変化情報を量子回路に格納する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 40.52535032255389
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Heat transfer involving phase change is computationally intensive due to moving phase boundaries, nonlinear computations, and time step restrictions. This paper presents a quantum lattice Boltzmann method (QLBM) for simulating heat transfer with phase change. The approach leverages the statistical nature of the lattice Boltzmann method (LBM) while addressing the challenges of nonlinear phase transitions in quantum computing. The method implements an interface-tracking strategy that partitions the problem into separate solid and liquid domains, enabling the algorithm to handle the discontinuity in the enthalpy-temperature relationship. We store phase change information in the quantum circuit to avoid frequent information exchange between classical and quantum hardware, a bottleneck in many quantum applications. Results from the implementation agree with both classical LBM and analytical solutions, demonstrating QLBM as an effective approach for analyzing thermal systems with phase transitions. Simulations using 17 lattice nodes with 51 qubits demonstrate root-mean-square (RMS) errors below 0.005 when compared against classical solutions. The method accurately tracks interface movement during phase transition.
• Abstract（参考訳）: 位相変化を伴う熱伝達は、移動相境界、非線形計算、時間ステップ制限によって計算集約される。 本稿では,相変化を伴う熱伝達をシミュレーションするための量子格子ボルツマン法(QLBM)を提案する。 この手法は格子ボルツマン法(LBM)の統計的性質を活用し、量子コンピューティングにおける非線形相転移の課題に対処する。 本手法は, 分離した固体ドメインと液体ドメインに分割したインタフェース追跡戦略を実装し, 熱電対温度関係における不連続性を扱うアルゴリズムを実現する。 我々は、古典的および量子的ハードウェア間の頻繁な情報交換を避けるために、位相変化情報を量子回路に格納する。 実装の結果は古典的なLBMと解析解の両方に一致し、QLBMは相転移を伴う熱システムを分析する効果的なアプローチであることを示した。 51量子ビットを持つ17の格子ノードを用いたシミュレーションは、古典解と比較した場合、0.005未満のルート平均二乗(RMS)誤差を示す。 位相遷移中の界面の動きを正確に追跡する。

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