論文の概要: Quantum Lattice Boltzmann Solutions for Transport under 3D Spatially Varying Advection on Trapped Ion Hardware
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.28121v1
- Date: Thu, 30 Apr 2026 17:11:13 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-05-01 16:31:54.213691
- Title: Quantum Lattice Boltzmann Solutions for Transport under 3D Spatially Varying Advection on Trapped Ion Hardware
- Title（参考訳）: トラップされたイオンハードウェア上の3次元空間変動対流下での輸送のための量子格子ボルツマン溶液
- Authors: Sayonee Ray, Jezer Jojo, Jason Iaconis, Abeynaya Gnanasekaran, Apurva Tiwari, Martin Roetteler, Chris Hill, Jay Pathak,
- Abstract要約: 本稿では,QLBMにおける対流拡散のための壁境界を実装する新しい手法の導入とシミュレーションを行う。
量子ハードウェア上での非一様速度場(non uniform velocity field)の作用下での輸送に初めて対処する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.188493260940059
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: The Quantum Lattice Boltzmann Method (QLBM) has emerged as one of the most promising quantum computing approaches for the numerical simulation of problems in computational fluid dynamics (CFD). The dynamics is formulated in terms of mesoscopic particle distribution functions governed by a discrete Boltzmann transport equation, comprising local streaming and collision operations. In this work, the resulting macroscopic behavior corresponds to the advection-diffusion equation, which we adopt as a canonical model problem for transport phenomena. Building upon recent progress in QLBM implementations, we advance towards more realistic problem settings that better reflect conventional CFD requirements. We address, for the first time, transport under the action of non uniform velocity fields on quantum hardware. We implement our demonstration using IonQ's trapped-ion systems including Forte generation systems and a 64-qubit Barium development system similar to the forthcoming IonQ Tempo line. We identify the density readout and subsequent reloading of the fluid density as a potential bottleneck of the current algorithm and discuss several approaches to mitigate this bottleneck. We identify the use of MPS shadow tomography as a promising method to efficiently scale the readout to large system with complex density distributions. Lastly, we introduce and simulate a novel method to implement wall boundaries for advection-diffusion in QLBM, and discuss the prospects of scaling to higher-complexity problems.
- Abstract（参考訳）: 量子格子ボルツマン法(QLBM)は計算流体力学(CFD)の問題を数値シミュレーションするための最も有望な量子コンピューティング手法の1つである。
この力学は、局所的な流れと衝突操作を含む離散ボルツマン輸送方程式によって制御されるメソスコピック粒子分布関数によって定式化される。
本研究で得られたマクロな挙動は, 輸送現象の標準モデル問題として採用した, 対流拡散方程式に対応する。
QLBM実装の最近の進歩に基づき、従来のCFD要件を反映したより現実的な問題設定を進めています。
量子ハードウェア上での非一様速度場(non uniform velocity field)の作用下での輸送に初めて対処する。
本稿では,Forte生成システムや64量子バリウム開発システムを含むIonQのトラップイオンシステムを用いて実演を行う。
我々は,現在のアルゴリズムの潜在的なボトルネックとして,密度の読み出しとその後の流体密度の再負荷を同定し,このボトルネックを軽減するためのいくつかのアプローチについて議論する。
我々は,MPSシャドウトモグラフィーを,複雑な密度分布を持つ大規模システムへの読み出しを効率的にスケールするための有望な方法として用いた。
最後に,QLBMにおける拡散拡散のための壁境界を実装する新しい手法の導入とシミュレーションを行い,高複雑性問題へのスケーリングの可能性について議論する。
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