QUantum Innovative Computing
Willkommen an der Spitze des Quantencomputings für komplexe Strömungsdynamik in unserem Zentrum für QUantum Innovative Computing (QUIC)! Wir erschließen neue Möglichkeiten, indem wir einen speziell auf Quantencomputerarchitekturen zugeschnittenen Lattice-Boltzmann-Solver entwickeln. Durch die Nutzung der besonderen Fähigkeiten von Quantenhardware überwinden wir Limitationen traditioneller Rechenmethoden, indem wir unseren Solver direkt auf Quantencomputern ausführen. An der Schnittstelle von Quantenmechanik und Strömungsdynamik arbeitet unser Team gemeinsam mit Altair daran, Quantencomputing für die Simulation und Analyse komplexer Strömungsphänomene einzusetzen. Durch die Anwendung der Prinzipien des Quantenrechnens wollen wir die Möglichkeiten der numerischen Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics, CFD) neu definieren und die Grenzen hinsichtlich Geschwindigkeit, Genauigkeit und Skalierbarkeit auf ein neues Level heben.
Unser Schwerpunkt liegt auf der Weiterentwicklung eines Lattice-Boltzmann-Solvers für komplexe Strömungsphänomene, der speziell für den Einsatz auf universellen Quantencomputern konzipiert ist. Dabei konzentrieren wir uns auf die Entwicklung vollständig quantenbasierter Algorithmen sowie hybrider digital-quantenbasierter Algorithmen. Diese integrieren entweder exakte numerische Verfahren in den Algorithmus oder nutzen Näherungsverfahren auf Basis variationaler Quantenschaltkreise. Die enge gemeinsame Entwicklung mit unserem vollständig differenzierbaren digitalen LBM-Solver TorchLBM sowie dem quantenbasierten LBM-Solver innerhalb eines umfassenden Softwarepakets ermöglicht die Optimierung zukünftiger hybrider Methoden. In diesen Ansätzen verschmelzen klassische und Quanteninformatik unter Einsatz numerischer Verfahren oder maschinellen Lernens beziehungsweise variationaler Quantenschaltkreis-Surrogate.
Publikationen/Referenzen:
Wawrzyniak, D., Winter, J. M., Schmidt, S., Indinger, T., Janßen, C., Schramm, U. & Adams, N. A. (2023): A Flexible Quantum Lattice-Boltzmann Algorithm for the 3-D Linear Advection-Diffusion Equation with Spatially and Temporally Variable Velocity Field. 22nd Computational Fluids Conference, Cannes, France.
Wawrzyniak, D., Winter, J. M., Schmidt, S., Indinger, T., Janßen, C., Schramm, U. & Adams, N. A. (2025): A quantum algorithm for the lattice-Boltzmann method advection-diffusion equation. Computer Physics Communications, 306, 109373, 2025.
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