量子晶格玻尔兹曼去噪碰撞算子

格子玻尔兹曼方法(LBM)是一种成熟的介观尺度流体动力学模拟方法,通过在离散格点上演化粒子分布函数进行计算。虽然该方法在经典硬件上具有高度并行性,但其量子算法实现受限于碰撞过程——该过程本质上是非线性和不可逆的。现有量子方案通过每个时间步重复进行量子层析成像和状态准备来实现碰撞,导致显著的计算开销。该研究团队提出了一种基于去噪型碰撞算子的量子LBM方案,避免了依赖层析成像的更新机制。研究将碰撞动力学重新表述为对参考态周围线性化平衡分布流形的正交投影,这种几何方法既能过滤非平衡分量,又能保持晶格对称性并近似恢复流体力学行为所需的非线性项。 研究展示了包含完整流程的量子线路实现方案:包括分布函数编码、碰撞、流场迁移、边界条件处理,以及流体力学力等物理量的测量。此外,该团队还提出了无需后选择的确定性投影算子实现方法,为完全相干的多时间步LBM模拟奠定了基础。通过对平流-扩散问题和流动问题的数值实验验证,该方法能高精度再现宏观流动特征,其性能表现与参考态的选择密切相关。
作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2026-04-11 02:56

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