Enerji Departamentinin Oak Ridge Milli Laboratoriyasının tədqiqatçıları köhnə problemə kvant hesablama yanaşmasını sınaqdan keçirdilər: klassik maye dinamikası problemlərinin həlli.

Əsər Physics of Fluids jurnalında dərc olunub . Nəticələr elmi kəşflərə kömək etmək üçün kvant hesablamalarının potensialının daha da öyrənilməsi üçün yolları vurğulayır.

Test problemi üçün tədqiqat qrupu Hele-Shaw axını problemindən istifadə etdi – bir-birinə son dərəcə yaxın olan iki düz, paralel plitə və onların arasında maye və qaz axınının ssenarisi. Problem, ideallaşdırılsa da, mikrofluidika, yeraltı su axını, məsaməli mühit axını, neftin bərpası və biomühəndislik kimi real dünya problemlərində mühüm tətbiqlər təklif edir.

Tədqiqat qrupu kvant kompüterində işləyən kvant alqoritminin axın tənliklərini klassik kompüterlərə nisbətən daha tez həll edib-etmədiyini yoxlamaq istəyib.

Tədqiqatın aparıcı müəllifi və ORNL hesablama alimi Murali Gopalakrishnan Meena, “Ölçeklenebilirlik və dəqiqlik burada əsas məsələlərdir” dedi. “Biz səhvlərin qarşısının alınması və azaldılması üsullarının kömək edə biləcəyini göstərdik, lakin daha çox araşdırmaya ehtiyac var.”

Maye axınının modelləşdirilməsi aerodinamikadan neft emalına qədər sahələrdə sənaye dizaynında mühüm rol oynayır. Maşın hissələri üzərində havanın, digər qazların və mayelərin qeyri-sabit axını performansa mane ola biləcək turbulentliyə səbəb ola bilər.

Mövcud yanaşmalar fiziki sınaq və axını proqnozlaşdırmaq üçün bir növ qısa yol təklif edən təxmini tənliklərin mürəkkəb dəstlərinin birləşməsinə əsaslanır. Lakin fiziki təcrübələr bahalı və vaxt aparan ola bilər və ənənəvi düsturlar çox vaxt bütün müvafiq fizikanı hesaba salmır. Rəqəmsal simulyasiya axını daha çox fizikanı əhatə edir, lakin çoxlu hesablama vaxtı tələb edə bilər.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=135&slotname=8188791252&adk=2329133447&adf=4054963813&pi=t.ma~as.8188791252&w=540&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1743002155&rafmt=11&format=540×135&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-03-quantum-tackles-classical-fluid-dynamics.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM0LjAuNjk5OC4xNzciLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siQ2hyb21pdW0iLCIxMzQuMC42OTk4LjE3NyJdLFsiTm90OkEtQnJhbmQiLCIyNC4wLjAuMCJdLFsiR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEzNC4wLjY5OTguMTc3Il1dLDBd&dt=1743002154187&bpp=18&bdt=680&idt=458&shv=r20250324&mjsv=m202503200101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3De2af2bea6b3e2e90%3AT%3D1735548424%3ART%3D1743001966%3AS%3DALNI_MZIaWdAh-lthHlhpkWN2g6ZC7xT8A&gpic=UID%3D00000f8412a58936%3AT%3D1735548424%3ART%3D1743001966%3AS%3DALNI_MaJ_6ILTTPz6uEc3lU2rNf9ZPgQbA&eo_id_str=ID%3D1b1b09cf233e1b4b%3AT%3D1735548424%3ART%3D1743001966%3AS%3DAA-AfjZKostxhmsFX2YCqOZbTGHa&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=176368934889&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=5&u_h=864&u_w=1536&u_ah=816&u_aw=1536&u_cd=24&u_sd=1.25&dmc=8&adx=395&ady=2052&biw=1521&bih=730&scr_x=0&scr_y=0&eid=31091180%2C95356498%2C95356504%2C95355300&oid=2&pvsid=852523951088320&tmod=1850756047&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fpage4.html&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1536%2C0%2C1536%2C816%2C1536%2C730&vis=1&rsz=%7Co%7CpeEbr%7C&abl=NS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=1608

“Nəzəri cəhətdən bu problem üçün əldə ediləcək bir kvant üstünlüyü var” dedi Gopalakrishnan Meena. “Bu, özlüyündə bu tədqiqat üçün bizim məqsədimiz deyildi. Biz bu kimi kvant alqoritmlərinin maye axınının simulyasiyasına ümumi yanaşmaya necə uyğunlaşa biləcəyinə dair təlimat üçün bəzi meyarlar yaratmaq istədik.”

Kvant hesablama məlumatı saxlamaq üçün kvant bitlərinə və ya qubitlərə əsaslanır. Qubitlər, klassik hesablamada istifadə olunan ikili bitlərdən fərqli olaraq, fiziki dəyərlərin birləşmələrini bir obyektdə kodlamağa imkan verən kvant superpozisiya vasitəsilə eyni vaxtda birdən çox vəziyyətdə mövcud ola bilər. Bu dinamik, ikili açma-söndürmə açarından daha çox, bir sıra dəqiq parametrləri olan siferblat kimi, mümkün dəyərlərin daha geniş diapazonuna imkan verir.

Tədqiqatçılar genişlənmiş diapazonun maye axınının proqnozlaşdırılması kimi mürəkkəb problemləri həll etmək üçün yeni, daha sürətli və daha səmərəli yollar aça biləcəyini nəzəriyyə etdilər .

“Kağız üzərində bu yanaşma bizə bu kvant üstünlüyünü verməlidir ” dedi Qopalakrişnan Meena. “Ancaq biz çətinliyin çoxunun problemi işlək nəticə üçün təşkil etməkdə olduğunu gördük.”

Komanda QCUP vasitəsilə IBM-in iki kvant kompüterində hesablama vaxtı üçün müraciət etdi və bu, tədqiqat layihələrini dəstəkləmək üçün ölkə daxilində sənaye tərəfdaşı olan kvant prosessorlarına vaxt ayırır. Onlar test yanaşması kimi xətti tənliklər toplusunun həlli üçün kvant alqoritmi olan Harrow-Hassidim-Lloyd və ya HHL alqoritmindən istifadə etdilər.

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, yeniliklər və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniləmələr əldə edin .Abunə ol

Hele-Şou ssenarisi kimi problemin həlli üçün HHL alqoritminin faydalılığı tənliklər sisteminin kiçik ədədi xətalara həssaslığından asılıdır. Təxminlər nə qədər çox olarsa, səhv üçün bir o qədər az yer olar.

“Tənliklərin həssaslığı problemimizin ölçüsü ilə eksponent olaraq artır, buna görə də kiçik bir ədədi səhv olsa belə, bütün həll partlaya bilər və problemi həll etmək üçün daha çox hesablama səyi tələb edə bilər” dedi Gopalakrishnan Meena. “Biz bu rəqəmləri aşağı saxlamaq üçün sistemi qurmağa çalışdıq.”

Mövcud kvant sistemləri ölçmə xətaları, qubit deqradasiyası və digər səbəblərə görə yüksək səhv dərəcələri və ya səs-küy ilə üzləşir. Komanda, qeyri-bərabər nəticələrlə səhvləri proqnozlaşdırmağa və onları kompensasiya etməyə çalışan səs-küy modellərindən və azaldılması alqoritmlərindən istifadə etdi.

“Biz səs-küy modellərinin kvant kompüterindəki sxemlərin faktiki davranışını təqlid etmədiyini gördük, buna görə də onlar həqiqətən kömək etmədilər” dedi Gopalakrishnan Meena. “Əməliyyatların sayını azaltmaq və sadələşdirməklə sxemləri sadələşdirmək kömək etdi. Biz o zaman ümumi dəqiqliyin artdığını gördük.”

Komanda nəhayət, xüsusilə daha böyük problemlər üçün daha mürəkkəb səs-küy modellərini və gələcək tədqiqatlar üçün sxemlərin optimallaşdırılmasına və rasionallaşdırılmasına artan diqqəti tövsiyə etdi.

“Kvant alqoritminin miqyası və problemin kvant alqoritmi üçün əlverişliliyi burada əsas elementlərdir” dedi Qopalakrişnan Meena. “Bu yaxınlarda, istifadə etdiyimiz HHL alqoritmində müxtəlif təkmilləşdirmələr oldu, hazırda maye axını ilə mübarizə aparmaq üçün onu araşdırırıq.

“Əgər bu alqoritmi maye dinamikası problemlərini həll etmək və potensial kvant sürətindən istifadə etmək üçün necə effektiv şəkildə tətbiq edəcəyimizi anlaya bilsək, bu alqoritm yanma və birləşmə kimi müxtəlif real dünya maye dinamikası tətbiqlərinə malik ola bilər.”

Daha çox məlumat: Muralikrishnan Gopalakrishnan Meena et al, Harrow-Hassidim-Lloyd alqoritmindən istifadə edərək Hele-Shaw axınının həlli superkeçirici cihazlarda: Effektivlik və çətinliklərin öyrənilməsi, Mayelərin Fizikası (2024). DOI: 10.1063/5.0231929 . arXiv- də : DOI: 10.48550/arxiv.2409.10857

Jurnal məlumatı: Fluids Physics , arXiv  

Oak Ridge Milli Laboratoriyası tərəfindən təmin edilmişdir