In einer Kooperation zwischen der Technischen Universität München (TUM) und Altair ist ein entscheidender Fortschritt in der Nutzung von Quantencomputing für die numerische Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics, CFD) erzielt worden. Die Ergebnisse, kürzlich veröffentlicht in Computer Physics Communications, stellen einen neuartigen, generischen Quantenalgorithmus vor, der dreidimensionale CFD-Simulationen auf Basis der Lattice-Boltzmann-Methode (LBM) ermöglicht. Diese Entwicklung eröffnet das Potenzial, Quantencomputing für komplexe Simulationsaufgaben im Ingenieurwesen einzusetzen.
Im Zentrum der Forschung stehen die wesentlichen Herausforderungen bei der Entwicklung funktionaler Quantenalgorithmen für CFD-Anwendungen. Die inhärente Skalierbarkeit und die hohe Rechenleistung von Quantencomputern könnten zukünftig klassische CFD-Simulationen an Geschwindigkeit deutlich übertreffen und somit den Entwicklungsprozess in Ingenieurwissenschaften grundlegend transformieren. Die erfolgreichen Ergebnisse belegen, dass Quantencomputing zunehmend praktische Anwendungen findet und reale Problemstellungen adressieren kann.
Die quantenmechanischen Simulationen wurden am Leibniz-Rechenzentrum auf dem Atos Quantum Learning Machine (QLM) System durchgeführt. Während diese Veröffentlichung den Fokus auf lineare Quanten-CFD legt, befasst sich ein weiteres Paper des Forschungsteams mit der Implementierung für nichtlineare Strömungen – ein weiterer vielversprechender Fortschritt in diesem Forschungsfeld.
Diese Partnerschaft zwischen der TUM und Altair verdeutlicht das Transformationspotenzial des Quantencomputings für Anwendungen wie die CFD. Sie ebnet den Weg für präzisere und schnellere Simulationsmethoden und leistet einen wichtigen Beitrag zur Zukunft des Engineering.