論文の概要: Digital quantum lattice Boltzmann evolution by reversible compute and open-system reset
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.13953v1
- Date: Sat, 12 Sep 2026 13:53:07 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-16 07:15:05.624773
- Title: Digital quantum lattice Boltzmann evolution by reversible compute and open-system reset
- Title（参考訳）: 可逆計算と開系リセットによるデジタル量子格子ボルツマン進化
- Abstract要約: 量子コンピューティングは別の計算モデルを提供するが、流体の進化は非線形で散逸し、閉ゲートベースの力学は線形で可逆である。
本稿では,その非線形時間ステップを計算基底レジスタに保持するデジタル量子格子ボルツマン(QLBM)アルゴリズムを提案する。
D3Q19等質等方性乱流の直接数値シミュレーション(DNS)とSmagorinsky large-eddy Simulation(LES)のレイノルズ15000番地における100万以上の格子ステップでの強制的D3Q19等方性乱流は、質量、エネルギー予算、スペクトル、断続性の統計的一致を示している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Turbulent fluid simulation is computationally demanding because nonlinear interactions couple a wide range of scales. Quantum computing offers another computational model, but fluid evolution is nonlinear and dissipative whereas closed gate-based dynamics is linear and reversible. The lattice Boltzmann method (LBM) is an attractive discrete target because streaming is a local permutation, yet conventional collision reconstructs a nonlinear equilibrium and applies dissipative relaxation. We present a digital quantum lattice Boltzmann (QLBM) algorithm that keeps that nonlinear timestep in computational-basis registers. Each step writes the updated populations into a clean destination bank, uncomputes the workspace, and resets the obsolete source. The resulting channel is completely positive and trace preserving (CPTP), composes without intermediate measurement, and applies to any lattice Boltzmann stencil that can be evaluated reversibly into a clean bank. Forced D3Q19 homogeneous isotropic turbulence, in direct numerical simulation (DNS) and Smagorinsky large-eddy simulation (LES) at Reynolds number 15000 over one million lattice steps, shows statistical agreement in mass, energy budgets, spectra, and intermittency. The three-dimensional calculations use a digital-register emulator of the circuit. A separate D2Q9 implementation compiles the same contract to reversible gates and agrees bit-exactly with its integer twin. Two-bank storage and serial lattice depth limit near-term feasibility.
- Abstract（参考訳）: 非線形相互作用は幅広いスケールの相互作用を持つため、乱流流体シミュレーションは計算的に要求されている。
量子コンピューティングは別の計算モデルを提供するが、流体の進化は非線形で散逸し、閉ゲートベースの力学は線形で可逆である。
格子ボルツマン法(LBM)は、ストリーミングが局所的な置換であり、従来の衝突は非線形平衡を再構成し、散逸緩和を適用するため、魅力的な離散目標である。
本稿では,その非線形時間ステップを計算基底レジスタに保持するデジタル量子格子ボルツマン(QLBM)アルゴリズムを提案する。
各ステップは更新された人口をクリーンなデスティネーションバンクに書き、ワークスペースを非計算し、古いソースをリセットする。
得られたチャネルは完全に正で微量保存(CPTP)であり、中間測定なしで構成され、クリーンバンクに可逆的に評価できる任意の格子ボルツマンステンシルに適用される。
D3Q19等質等方性乱流の直接数値シミュレーション(DNS)とSmagorinsky large-eddy Simulation(LES)のレイノルズ15000番地における100万以上の格子ステップでの強制的D3Q19等方性乱流は、質量、エネルギー予算、スペクトル、断続性の統計的一致を示している。
三次元計算は、回路のデジタルレジエミュレータを使用する。
別個のD2Q9実装は、同じコントラクトを可逆ゲートにコンパイルし、整数双対とビット精度で一致する。
2バンクストレージとシリアル格子深さ制限の短期実現可能性
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