市場星報、安徽財經(jīng)網(wǎng)(m.zgstyb.cn)、掌中安徽訊((張夢怡 楊夏))近日，國內(nèi)量子計算龍頭企業(yè)本源量子正式發(fā)布軟件“本源量禹”(OriginQ QCFD)，這也是國內(nèi)首款量子計算流體力學(xué)仿真軟件。據(jù)悉，該軟件基于量子有限體積法，能實(shí)現(xiàn)對CFD仿真計算的亞線性加速。通過該軟件，用戶可以更高效模擬風(fēng)洞試驗。未來，量子計算流體力學(xué)可應(yīng)用于航空航天、導(dǎo)彈、潛艇、航母、天氣預(yù)報等多個領(lǐng)域。以航天航空為例，量子計算一旦賦能流體力學(xué)，便可助力制造出更節(jié)能的飛機(jī)，降低航旅的碳排放量，從而對環(huán)境產(chǎn)生巨大的積極影響。
傳統(tǒng)計算的流體力學(xué)耗時太長，“本源量禹”應(yīng)運(yùn)而生
傳統(tǒng)CFD的主要離散方法有：有限差分、有限元以及有限體積法等。其中有限體積法由于其良好的守恒性和網(wǎng)格適應(yīng)性，常用于商業(yè)軟件及開源軟件中。但在上述方法中，往往避免不了由于網(wǎng)格數(shù)增加帶來的計算資源和計算時間的大幅消耗。本源量子與中科大聯(lián)合研究團(tuán)隊在今年2月提出的可支持經(jīng)典數(shù)據(jù)輸入和輸出的量子有限體積法就是為了解決上述問題，該方法運(yùn)用量子線性求解器作為子過程，并結(jié)合自主設(shè)計的量子隨機(jī)存儲器( QRAM )和量子數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，將經(jīng)典算法的線性復(fù)雜度降低到亞線性。“本源量禹”正是基于此被開發(fā)出來。
本源量禹使用量子線性求解器代替了傳統(tǒng)的求解器，基于量子虛擬機(jī)運(yùn)行(未來可直接對接真實(shí)量子計算機(jī))，從理論上可以實(shí)現(xiàn)對CFD仿真計算的亞線性加速。量子線性求解器包括HHL和FOM-HHL算法，為降低系數(shù)矩陣的條件數(shù)加速計算速度，提供了包括靜態(tài)稀疏近似逆等多種預(yù)處理器；本源量禹適用于不可壓縮流動和可壓縮流動的求解，定常和非定常流動的求解。
飛機(jī)、導(dǎo)彈、潛艇、航母、天氣預(yù)報都需要流體力學(xué)
相較于傳統(tǒng)計算，量子計算其最大的優(yōu)勢就在于，一個量子不僅能表示0或1，還可以表示0和1的疊加，因此算力會隨著量子比特數(shù)的增加呈指數(shù)式增長。計算流體力學(xué) (CFD) 是流體力學(xué)和計算機(jī)科學(xué)相融合的一門新興交叉學(xué)科，它從計算方法出發(fā)，利用計算機(jī)快速的計算能力得到流體控制方程的近似解。流體力學(xué)在航空航天、熱能動力、水利工程、土木工程、環(huán)境工程、食品工程、海洋工程等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
但問題就在于，CFD計算非常耗時，運(yùn)行成本高，且模擬過程效率低。在航天領(lǐng)域，為了更有效地模擬機(jī)翼和發(fā)動機(jī)周圍的氣流，傳統(tǒng)的CFD計算會浪費(fèi)大量時間。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)量子計算技術(shù)在解決某些特定問題時，有著較強(qiáng)的計算能力，進(jìn)而積極探索，以期制造出更節(jié)能的飛機(jī)，降低航旅的碳排放量，從而對環(huán)境產(chǎn)生巨大的積極影響。
近年來從微軟研究院，到NASA，Airbus，國際知名團(tuán)隊都在嘗試做更加“接地氣”的研究。2019年，Airbus舉辦了首屆量子計算挑戰(zhàn)賽(Airbus Quantum Computing Challenge)，本源量子有幸被邀請參賽并獲得量子計算流體動力項目單項冠軍。此次誕生的“本源量禹”也是在這次大賽的基礎(chǔ)上，研發(fā)出的應(yīng)用軟件。
