基于混合量子-经典储备池计算的二维湍流 Rayleigh-Bénard 流降阶建模
流体动力学
2023-12-14 v2 量子物理
摘要
提出两种混合量子-经典储备池计算模型，以重现瑞利数 Ra=1e+5、普朗特数 Pr=10 的二维湍流 Rayleigh-Bénard 对流流的低阶统计特性。这些特性包括均方根速度和温度的垂直平均剖面以及湍流对流热通量。两种量子算法因量子储备池的电路层排列（尤其是纠缠层）不同而有所区别。第二种量子电路架构记为 H2，可在量子电路内部完成储备池更新而无需使用外部存储器。将其性能与经典储备池计算模型进行比较。因此，所有三个模型都必须在由最具能量的16个本征正交分解（POD）模态的时变展开系数所张成的低维潜数据空间中，学习手头湍流的非线性与混沌动力学。这些训练数据由原始湍流直接数值模拟的 POD 快照分析生成。所有储备池计算模型均以重构模式运行。我们分析了重构误差的不同度量随超参数的依赖关系，这些超参数或为量子情形特有，或与经典对应部分共享，例如储备池规模和泄漏率。我们表明，两种量子算法均能成功重构湍流对流流的基本统计特性，且性能与经典储备池网络相近。最重要的是，量子储备池的规模相较经典情形小了 4 到 8 倍。
引用
@article{arxiv.2307.03053,
title = {Reduced-order modeling of two-dimensional turbulent Rayleigh-B\'enard flow by hybrid quantum-classical reservoir computing},
author = {Philipp Pfeffer and Florian Heyder and Jörg Schumacher},
journal= {arXiv preprint arXiv:2307.03053},
year = {2023}
}
备注
15 pages, 9 figures