Meilenstein im Quantencomputing für die numerische Strömungsmechanik

Forscher des Unternehmens Altair und der TU München haben einen entscheidenden Meilenstein auf dem Gebiet des Quantencomputings für die numerische Strömungsmechanik, kurz CFD, erreicht. Die Forschungsarbeit stellt einen lauffähigen Code für Quantencomputer und Quantensimulatoren vor, der einige zentrale Herausforderungen der Quantencomputer-Implementierung der Lattice-Boltzmann-Methode überwindet.

Die Studie präsentiert erstmals einen generischen Quantenalgorithmus für dreidimensionale CFD. Der Algorithmus hat das Potenzial, vollständig nichtlineare dreidimensionale CFD in die Quantenwelt zu bringen. Das ist ein Wendepunkt für die nächste Generation der numerischen Strömungsmechanik und des simulationsbasierten Designs, da Quantencomputer im Vergleich zu klassischen Computern enorme Möglichkeiten in Bezug auf Modellgröße und Skalierbarkeit bieten. Die Forschungsergebnisse bestätigen ebenfalls, dass Quantencomputing nicht nur eine Theorie ist, sondern zu einem praxisorientierten Werkzeug werden kann, um reale Probleme anzugehen.

Ziel des Projekts war die Entwicklung eines Algorithmus für die quantenbasierte numerische Strömungsmechanik unter Verwendung der Lattice-Boltzmann-Methode. Durch die Verbindung der klassischen LBM mit der Quantenmechanik können Benutzer die überlegene Rechenleistung von Quantencomputern für Simulationen nutzen, die exponentiell schneller und potenziell genauer sind als klassische Berechnungen. Aufgrund seines Potenzials, die Rechenkapazität exponentiell zu erhöhen und komplexere Simulationen zu ermöglichen, wird das Quantencomputing voraussichtlich einen erheblichen Einfluss auf die Produktentwicklung in vielen Branchen haben, insbesondere im Gesundheitswesen, im Finanzwesen und in den Natur- und Biowissenschaften.

„Wir haben die Bausteine für eine neue Generation von Quanten-Algorithmen vorgestellt, die hoffentlich mehr praktische Quantencomputing-Anwendungen in Industrie und Wissenschaft in den Vordergrund rücken werden,“ sagt Nikolaus Adams von der TU München.

Heutige Quantenalgorithmen werden auf Deep-Machine-Ebene durch den Entwurf von Quantenschaltungen entwickelt. Im Gegensatz zu klassischem CFD, das nichtunitär und nichtlinear ist, sind Quantenformeln unitär und linear. Die Forschung fand eine unitäre Transformation für klassische CFD und entwickelte zusätzlich einen maschinellen Lernansatz für den nichtlinearen Aspekt.

Altair / RK