量子辅助湍流剪切流中的轨迹扩散

我们提出了一种基于量子算法的生成式算法，用于合成湍流剪切流中拉格朗日轨迹粒子。量子算法的并行性和抽样特性用于构建和优化参数化量子电路，生成对应于经典湍流速度分量联合概率密度函数的量子态，p(u_1^{\prime}, u_2^{\prime}, u_3^{\prime})。通过对量子电路进行一次性测量抽取速度样本。该混合量子-经典算法经由两种经典方法验证：标准的随机拉格朗日模型和以马尔可夫链蒙特卡洛方法形式的经典抽样方案。我们考虑一个剪切率为常数的均匀湍流剪切流作为概念验证，湍流速度波动为高斯分布。联合概率密度函数的生成也在真实量子设备上进行测试，即 20 位量子比特的 IQM Resonance 量子计算平台，针对最多 10 位量子比特的情况。我们的研究为量子计算机在复杂湍流流动中应用拉格朗日小尺度参数化湍流输运铺路。