【ITBEAR】在科技領(lǐng)域傳來振奮人心的消息，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）作為航空航天、汽車工程及船舶設(shè)計(jì)等行業(yè)的核心技術(shù)，正迎來量子計(jì)算時(shí)代的革新。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)在應(yīng)對復(fù)雜CFD問題時(shí)顯得力不從心，而量子計(jì)算的出現(xiàn)為這一難題提供了全新解決方案。
據(jù)悉，我國科學(xué)家在量子計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（QCFD）領(lǐng)域取得重大突破，成功開發(fā)出新型QCFD方法，并在“本源悟空”量子計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)了全球最大規(guī)模的QCFD仿真案例。這一成果標(biāo)志著國產(chǎn)量子算力在解決實(shí)際問題上邁出了重要一步，相關(guān)研究已發(fā)表在國際權(quán)威期刊上。
“本源悟空”作為我國先進(jìn)的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)，自今年1月全球上線以來，已為來自133個(gè)國家的超1500萬人次提供量子云服務(wù)，完成了27萬個(gè)量子運(yùn)算任務(wù)。此次QCFD方法的成功應(yīng)用，進(jìn)一步展示了其在復(fù)雜計(jì)算任務(wù)中的潛力。
該研究由陳昭昀副研究員及其團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)，針對量子計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)CFD仿真面臨的量子噪聲顯著、比特資源不足等問題，研究團(tuán)隊(duì)提出了Iterative-QLS算法和稀疏層析方法，有效抑制了量子噪聲的影響，并高效提取了量子信息。
在“悟空”號超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)上，研究團(tuán)隊(duì)成功模擬了二維Poiseuille流動(dòng)，計(jì)算結(jié)果與理論解的相對誤差低于0.2%，實(shí)現(xiàn)了在當(dāng)前含噪量子計(jì)算機(jī)上的高精度流動(dòng)模擬。研究團(tuán)隊(duì)還提出了Sub-QLS算法，進(jìn)一步提升了量子計(jì)算機(jī)在模擬不同規(guī)模CFD問題上的靈活性。
基于Sub-QLS算法，研究人員在“悟空”號上模擬了網(wǎng)格規(guī)模為41×41的非定常聲波傳播問題，求解的線性方程組維度高達(dá)5043，這是迄今為止國際上采用量子計(jì)算的最大規(guī)模CFD案例。這一成果展示了量子計(jì)算機(jī)在進(jìn)行大規(guī)模流體模擬方面的巨大潛力。
此次研究不僅為量子計(jì)算在CFD領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新思路，還為未來利用量子計(jì)算解決更復(fù)雜流動(dòng)問題奠定了基礎(chǔ)。隨著量子計(jì)算技術(shù)的不斷發(fā)展，有望在含噪中等規(guī)模量子（NISQ）階段，利用量子計(jì)算解決目前由于算力不足而無法模擬的CFD問題。
