近日，本源量子正式发布国内第一款量子计算流体力学仿真软件“本源量禹”（OriginQ QCFD），该软件基于量子有限体积法，原理上能实现对CFD仿真计算的亚线性加速。未来，在航空航天、热能动力、环境工程等领域，该软件可以进行更高效的数值仿真实验。
图1｜应用界面（来源：本源量子）
目前该软件已上线到本源量子云计算平台，地址：
https://qcloud.originqc.com.cn/QCFD
“ 本源量禹”
传统CFD的主要离散方法有：有限差分、有限元以及有限体积法等。其中有限体积法由于其良好的守恒性和网格适应性，常用于商业软件及开源软件中。但在上述方法中，往往避免不了由于网格数增加带来的计算资源和计算时间的大幅消耗。本源量子与中科大联合研究团队在今年2月提出的可支持经典数据输入和输出的量子有限体积法就是为了解决上述问题，该方法运用量子线性求解器作为子过程，并结合自主设计的量子随机存储器（ QRAM ）和量子数据结构，将经典算法的线性复杂度降低到亚线性。“本源量禹”正是基于此被开发出来。
图2｜ 本源量禹操作界面 （来源：本源量子）
本源量禹使用量子线性求解器代替了传统的求解器，基于量子虚拟机运行（未来可直接对接真实量子计算机），从理论上可以实现对CFD仿真计算的亚线性加速。量子线性求解器包括HHL和FOM-HHL算法，为降低系数矩阵的条件数加速计算速度，提供了包括静态稀疏近似逆等多种预处理器；本源量禹适用于不可压缩流动和可压缩流动的求解，定常和非定常流动的求解。
（1）四大功能
量子线性求解器
多种预处理器
可压缩、不可压缩流动
定常流动、非定常流动
（2）量子计算优势
经典线性求解器（共轭梯度法）的算法复杂度与矩阵维度N成正比，然而量子算法（HHL）的时间复杂度与矩阵维度N的对数成正比。因此当矩阵维度较大时，量子算法的加速效果才真正显现。
图3｜经典的共轭梯度法（CG）和量子HHL算法时间复杂度对比 （来源：本源量子）
本源量禹是一款利用量子计算对流动问题进行仿真的软件，目前本源量禹能够对单相流的无粘、层流进行数值仿真。软件流程主要分为三大部分：前处理，计算和后处理。计算前处理模块包含数据导入导出功能，以及简单结构网格生成、网格检查等功能。计算设置模块主要包含物理模型选择、数值方法、控制参数设置功能等。计算后处理虽然目前仅支持展示计算结果的标量云图，但是本源量禹支持导出其他数据格式文件如vtk格式，方便用户利用其他后处理软件进行相关操作。
图4｜本源量禹操作界面（来源：本源量子）
软件的具体操作流程：
https://show.originqc.com.cn/prod/quantum_cloud/assets/pdf/QCFD_Manual.pdf?v2.8.0
应用示例
圆柱绕流作为经典的流体力学问题，有着丰富的实验结果，常用于验证计算方法和模型的有效性；此外，研究圆柱绕流的研究对航空领域和海洋工程也具有非常重要的实际意义。在同样的网格和配置参数下，分别采用了经典求解器和量子求解器对半圆柱的绕流问题进行了计算；为便于分析对比，将两者的计算结果云图对称放置，上半部分和下半部分分别对应着量子求解器和经典求解器的计算结果，具体见图5和图6；从图中可以看出两者的流场分布基本一致，说明了量子计算的准确性。
图5｜流线和速度云图（来源：本源量子）
图6｜等值线和压力云图（来源：本源量子）
声明：此文出于传递更多信息。若有错误或侵权，请联系