将三维非均质泊松方程进行块编码,应用于裂隙流研究
量子线性系统(QLS)算法具有以指数级速度超越经典方法求解大规模线性系统的潜力。然而,由于状态制备、数据加载和高效信息提取等问题,将QLS算法应用于实际问题仍存在挑战。该工作研究了应用QLS算法求解三维非均匀泊松方程离散化模型的可行性,并以地质裂隙网络中地下水流动为具体案例。研究团队通过利用离散化算子的稀疏局部特性,显式构建了三维非均匀泊松矩阵的块编码。虽然经典求解器得益于预处理技术,但该团队证明:对系统矩阵和预条件子分别进行块编码,并不能改善主导QLS运行时间的有效条件数——这与预条件子和系统矩阵通常可独立实现的经典方法形成鲜明对比。不过,由于三维问题的特殊结构,该量子算法实现了O(N^(2/3) polylog N·log(1/ϵ))的运行时间,优于最佳经典方法的O(N log N·log(1/ϵ)),并实现指数级内存节省。这些结果既揭示了QLS算法在科学计算实践中的前景与局限,也指出有效条件数降低是实现量子优势的关键瓶颈。
