論文の概要: A Stable and General Quantum Fractional-Step Lattice Boltzmann Method for Incompressible Flows
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.00558v1
- Date: Sat, 28 Feb 2026 09:16:45 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-03-03 19:50:56.259946
- Title: A Stable and General Quantum Fractional-Step Lattice Boltzmann Method for Incompressible Flows
- Title（参考訳）: 非圧縮性流れに対する安定かつ一般量子フラクタルステップ格子ボルツマン法
- Authors: Yang Xiao, Liming Yang, Chang Shu, Yinjie Du,
- Abstract要約: 格子ボルツマン法(LBM)は様々な量子LBMの開発に影響を与えた。
既存のほとんどのアプローチでは、緩和時間を$=1で固定し、与えられたメッシュ解像度を1つのレイノルズ数でシミュレーションに精算する。
本研究は3次元非圧縮性熱流の量子LBMシミュレーションである。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.800299678303638
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum computing shows substantial potential in accelerating simulations and alleviating memory bottlenecks in computational fluid dynamics (CFD), owing to its inherent properties of superposition and entanglement. The lattice Boltzmann method (LBM), being largely algebraic in nature, has inspired the development of various quantum LBMs. However, most existing approaches fix the relaxation time at $τ$ = 1, thereby confining a given mesh resolution to simulations at a single Reynolds number. Although our earlier quantum lattice kinetic scheme (LKS) lifted this restriction, it suffers from instability at high Reynolds numbers. To address this challenge, we propose a quantum fractional-step LBM (FS-LBM). In this framework, the predictor step is implemented on a quantum circuit using the standard LBM formulation, while the corrector step is performed classically. The relaxation time is retained at $τ$ = 1 to ensure seamless compatibility with existing quantum LBMs. Benchmark simulations of representative two- and three-dimensional incompressible isothermal and thermal flows demonstrate that the quantum FS-LBM achieves accuracy and convergence orders consistent with its classical counterpart, while significantly outperforming the quantum LKS in both precision and stability. Notably, this work presents the first quantum LBM simulation of three-dimensional incompressible thermal flows.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングは、計算流体力学(CFD)におけるシミュレーションの加速とメモリボトルネックの緩和に大きな可能性を示す。
格子ボルツマン法(LBM)は本質的に代数的であり、様々な量子LBMの開発に影響を与えた。
しかしながら、既存のほとんどのアプローチは、緩和時間を$τ$ = 1で固定することで、与えられたメッシュ解像度を1つのレイノルズ数でのシミュレーションに精算する。
初期の量子格子力学スキーム(LKS)はこの制限を解き放ったが、レイノルズ数の不安定さに悩まされた。
この課題に対処するために、量子分数ステップ LBM (FS-LBM) を提案する。
この枠組みでは、予測ステップを標準LBM定式化を用いて量子回路上に実装し、補正ステップを古典的に実行する。
緩和時間は、既存の量子LBMとのシームレスな互換性を確保するために$τ$ = 1で保持される。
代表的な2次元および3次元の非圧縮性等温流と熱流のベンチマークシミュレーションにより、量子FS-LBMはその古典的なものと一致した精度と収束順序を達成し、量子LKSを精度と安定性の両方で著しく上回ることを示した。
特に、この研究は3次元非圧縮性熱流の量子LBMシミュレーションとして最初のものである。
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