IT之家 10 月 25 日消息，計算流體動力學(xué)廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車工程、船舶設(shè)計等領(lǐng)域，飛行器、汽車及船舶的外形設(shè)計都與其緊密相關(guān)。算力提升可以加快飛機、汽車的更新迭代和降低設(shè)計成本。然而，傳統(tǒng)計算機越來越難以滿足這些領(lǐng)域?qū)τ嬎阋?guī)模、計算精度和計算速度的要求。
安徽省量子計算工程研究中心表示，我國科學(xué)家近期取得了重大突破，成功開發(fā)出一種新型的量子計算流體動力學(xué)（QCFD）方法，并在中國第三代自主超導(dǎo)量子計算機“本源悟空”上實現(xiàn)了迄今全球規(guī)模最大的 QCFD 仿真案例。
這標(biāo)志著國產(chǎn)量子算力在解決實際問題方面取得重要進展，目前相關(guān)成果已經(jīng)發(fā)表在國際期刊《應(yīng)用力學(xué)與工程中的計算機方法》上（DOI:10.1016/j.cma.2024.117428）。
IT之家查詢公開資料獲悉，今年 1 月全球上線的“本源悟空”，是目前我國先進的可編程、可交付超導(dǎo)量子計算機，已為來自全球 133 個國家超 1500 萬人次提供量子云服務(wù)，完成 27 萬個量子運算任務(wù)。
據(jù)官方介紹，該研究由陳昭昀副研究員及其團隊主導(dǎo)，聚焦于解決在近期量子計算機上實現(xiàn)計算流體動力學(xué)仿真面臨的量子噪聲顯著、比特資源不足等多個關(guān)鍵問題。
研究團隊提出 Iterative-QLS 算法，基于最小 L2 范數(shù)原則有效抑制了量子噪聲的影響。為了避免量子態(tài)層析過程的大量計算資源消耗，團隊還創(chuàng)新性地提出一種稀疏層析方法，可高效提取量子信息從而保持算法整體優(yōu)勢。
成果在本源量子的“悟空”號超導(dǎo)計算機上對上述高效容錯量子算法進行了驗證并成功模擬了二維 Poiseuille 流動，計算結(jié)果與理論解的相對誤差低于 0.2%，實現(xiàn)了在當(dāng)前含噪量子計算機的流動高精度模擬。
針對當(dāng)前量子計算機的計算資源十分有限，難以支撐實際流動問題模擬需求，研究團隊在 Iterative-QLS 算法基礎(chǔ)上進一步提出 Sub-QLS 算法，實現(xiàn)彈性地計算不同規(guī)模的 CFD 問題。
基于該算法，研究人員在“悟空”號超導(dǎo)量子計算機上模擬了網(wǎng)格規(guī)模為 41×41 非定常聲波傳播問題，求解的線性方程組維度高達 5043，成功展示了在超導(dǎo)量子計算機上進行大規(guī)模流體模擬的潛力。這也是迄今為止國際上采用量子計算的最大規(guī)模 CFD 案例。
論文給出了一套利用量子計算模擬實際 CFD 問題的綜合性方法，使得在含噪的量子計算機上也能進行高精度、大規(guī)模的流動模擬。陳昭昀副研究員表示：“未來，我們有望在 NISQ (含噪中等規(guī)模量子) 階段利用量子計算解決一些目前 CFD 由于算力不足而無法模擬的流動問題。進一步把握好量子計算的科學(xué)價值，挖掘其戰(zhàn)略意義”。
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