論文の概要: Explicit Quantum Circuit Simulation of Nonlinear 1-Dimensional Fluid with Carleman-linearized Boltzmann Method
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.12770v1
- Date: Thu, 11 Jun 2026 00:25:13 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-06-12 15:55:27.514814
- Title: Explicit Quantum Circuit Simulation of Nonlinear 1-Dimensional Fluid with Carleman-linearized Boltzmann Method
- Title（参考訳）: カールマン線形ボルツマン法による非線形1次元流体の量子回路シミュレーション
- Authors: Keita Kanno, Kazumasa Ueno, Hayato Higuchi, Morimasa Okamoto, Yuya Yoshizuru, Ryoya Ishimaru, Towa Takagi, Kentaro Sakamoto,
- Abstract要約: 一次元ボルツマン方程式の2階カールマン線型化による先頭非線形性を示す。
また, 明示的な量子回路シミュレーションにより, テイラー膨張型ODEソルバを用いた最終状態の生成を実証した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.28106259549258145
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum computation of fluid dynamics has attracted growing attention as a key application of fault-tolerant quantum computers anticipated in the coming decade, with lattice Boltzmann methods emerging as a particularly promising approach. Explicit and efficient elementary-gate-level circuit simulations, however, have so far been demonstrated only in the linear case. Here we include the leading nonlinearity through second-order Carleman linearization of the one-dimensional Boltzmann equation, and demonstrate, via explicit quantum-circuit simulation, the preparation of the final-time state using a Taylor-expansion-based ODE solver based on the quantum singular value transformation. With this construction, we analyze the gate and qubit complexities, which scale logarithmically with the grid size, the nonlinearity captured by the higher-order Carleman linearization, and the practical utility of higher-order expansions in the Taylor ODE solver. The construction provides a concrete baseline for computational cost reduction and further developments such as extensions to higher dimensions, complex geometries, and the extraction of physical quantities, towards industrially useful quantum CFD.
- Abstract（参考訳）: 流体力学の量子計算は、今後10年間に予想されるフォールトトレラント量子コンピュータの重要な応用として注目され、格子ボルツマン法が特に有望なアプローチとして登場した。
しかし, 線形の場合のみ, 有効かつ効率的な基本ゲートレベル回路シミュレーションが実証されている。
ここでは、一次元ボルツマン方程式の2階カールマン線型化による先頭非線形性を含み、明示的な量子回路シミュレーションにより、量子特異値変換に基づくテイラー展開に基づくODEソルバを用いた最終時間状態の生成を実証する。
この構成により、格子サイズと対数的にスケールするゲートとキュービットの複素数、高階カールマン線型化によって捕捉される非線形性、およびテイラーODEソルバにおける高階展開の実用性について解析する。
この構造は、計算コスト削減のための具体的なベースラインを提供し、工業的に有用な量子CFDに向けて、高次元への拡張、複雑なジオメトリー、物理量の抽出などのさらなる発展を提供する。
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