用于纳维-斯托克斯流动量子模拟的薛定谔-纳维-斯托克斯方程
近年来,寻找描述经典耗散流体的类量子波动纳维-斯托克斯方程(简称Schrödinger-Navier-Stokes/SNS)的波动形式解日益受到学界关注,这源于其在科学与工程领域的广阔应用前景。经典流体的SNS表述最早可追溯至Dietrich和Vautherin于1985年在《Journal de Physique》发表的一篇鲜为人知的论文。本研究重新审视这一特定SNS方法,并基于Carleman嵌入/线性化技术评估其在量子计算实现中的可行性。具体而言:i)从数学角度完整阐释为何SNS耗散项对量子计算机构成严峻挑战,并提出基于流体动力学哈密顿-雅可比(HJ)表述的解决方案;ii)开发相应量子算法,采用新型张量网络技术实现HJ方程的Carleman嵌入(CHJ),可大幅节约内存资源;iii)在经典计算机上对CHJ量子算法进行仿真,并以中等雷诺数下的类柯尔莫戈洛夫流为例分析其收敛性与精度。据研究团队所知,这是首个基于真实纳维-斯托克斯方程(含压力项、耗散项和涡量项)类量子波动表述的量子算法。
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