一种基于体素的量子计算方法(VBQC)用于固体力学问题
量子计算提供了一种有前景的方法来克服大规模力学问题中的效率和内存限制,并在流体力学领域展示了众多成功应用。然而,固体力学问题通常需要采用不规则网格进行空间离散化,这是由于拉格朗日公式和复杂边界条件所致,这使得系统矩阵(例如质量矩阵或刚度矩阵,在量子计算中常被称为哈密顿量)的量子模拟难以有效进行。该研究提出了一种基于体素的量子计算方法(VBQC),用于固体力学中哈密顿量的量子模拟。VBQC 采用体素网格对空间域进行离散化,从而使系统矩阵展现出三对角分形特性。基于这一特性,系统矩阵可分解为三组基本矩阵:\(\mathbf{k}_{n}\)、\(\mathbf{c}_{n}\) 和 \(\mathbf{q}_{n}\)。该分解过程被称为 KCQ 分解。通过将 KCQ 分解与量子傅里叶变换及量子多路复用器相结合,VBQC 能够高效实现固体力学中哈密顿量的量子模拟。该研究应用了三个具有不同维度和变量数量的具体固体问题,初步验证了所提出的 VBQC 在固体力学问题中的正确性。

