論文の概要: Toward end-to-end quantum simulation of rapidly distorted turbulence

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.18802v1
• Date: Mon, 24 Nov 2025 06:12:54 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-11-25 18:34:25.047273
• Title: Toward end-to-end quantum simulation of rapidly distorted turbulence
• Title（参考訳）: 急速に歪んだ乱流のエンドツーエンド量子シミュレーションに向けて
• Authors: Zhaoyuan Meng, Leyu Chen, Jin-Peng Liu, Guowei He,
• Abstract要約: ハミルトニアン(LCHS)の線形結合による急激な乱れをシミュレートするエンドツーエンドの量子アルゴリズムを提案する。 我々の研究は、将来のフォールトトレラント量子コンピュータにおけるより複雑な乱流現象に対処するための基盤を確立する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.6376402255720635
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We propose an end-to-end quantum algorithm to simulate rapidly distorted turbulence via linear combination of Hamiltonian (LCHS). The algorithm comprises three primary stages: the efficient preparation of an initial turbulent state with a prescribed energy spectrum, its subsequent time evolution via LCHS, and the direct measurement of key turbulence statistics. Our analysis indicates that the algorithm can offer a practical quantum speedup over the classical simulation methods for a sufficiently large computational grid. We evaluate the quantum resource requirements for simulating a minimal instance of non-trivial turbulence with classical validation. The numerical results show excellent agreement with ground-truth solutions, capturing both the qualitative evolution of turbulent fields and the quantitative behavior of statistics, including the Reynolds stresses and the fluctuating velocity spectrum. Despite its linearity, rapidly distorted turbulence captures essential turbulence mechanisms and may inform the development of quantum algorithms for the Navier-Stokes equations. Our work establishes a foundation for addressing more complex turbulent phenomena on future fault-tolerant quantum computers.
• Abstract（参考訳）: 本研究では, ハミルトニアン (LCHS) の線形結合により高速に歪んだ乱流をシミュレートするエンドツーエンドの量子アルゴリズムを提案する。 このアルゴリズムは、所定のエネルギースペクトルを持つ初期乱流状態の効率的な調製、LCHSによるその後の時間進化、および鍵乱流統計を直接測定する3つの主要な段階からなる。 解析の結果、このアルゴリズムは、十分に大きな計算グリッドに対して、古典的なシミュレーション手法よりも実用的な量子スピードアップを提供できることが示唆された。 古典的検証による非自明な乱流の最小インスタンスをシミュレートするための量子リソース要件を評価する。 数値計算の結果,乱流場の定性的進化とレイノルズ応力および変動速度スペクトルを含む統計の定量的挙動の両面を把握し,地中構造と良好な一致を示した。 その線形性にもかかわらず、急速に歪んだ乱流は必須の乱流機構を捉え、ナビエ・ストークス方程式の量子アルゴリズムの開発を知らせる可能性がある。 我々の研究は、将来のフォールトトレラント量子コンピュータにおけるより複雑な乱流現象に対処するための基盤を確立する。

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