首个！这款QCFD软件可高效模拟“风洞试验”

时间:2021-11-04 17:02来源:中国企业报看安徽作者:张梦怡杨夏

近日，国内量子计算龙头企业本源量子正式发布软件“本源量禹”（OriginQ QCFD），这也是国内首款量子计算流体力学仿真软件。据悉，该软件基于量子有限体积法，能实现对CFD仿真计算的亚线性加速。通过该软件，用户可以更高效模拟风洞试验。

首个！这款QCFD软件可高效模拟“风洞试验”
本源量子新上线的这款软件可助力造出更节能的飞机
作者：张梦怡杨夏

近日，国内量子计算龙头企业本源量子正式发布软件“本源量禹”（OriginQ QCFD），这也是国内首款量子计算流体力学仿真软件。据悉，该软件基于量子有限体积法，能实现对CFD仿真计算的亚线性加速。通过该软件，用户可以更高效模拟风洞试验。未来，量子计算流体力学可应用于航空航天、导弹、潜艇、航母、天气预报等多个领域。以航天航空为例，量子计算一旦赋能流体力学，便可助力制造出更节能的飞机，降低航旅的碳排放量，从而对环境产生巨大的积极影响。

传统计算的流体力学耗时太长，“本源量禹”应运而生
传统CFD的主要离散方法有：有限差分、有限元以及有限体积法等。其中有限体积法由于其良好的守恒性和网格适应性，常用于商业软件及开源软件中。但在上述方法中，往往避免不了由于网格数增加带来的计算资源和计算时间的大幅消耗。
本源量子与中科大联合研究团队在今年2月提出的可支持经典数据输入和输出的量子有限体积法就是为了解决上述问题，该方法运用量子线性求解器作为子过程，并结合自主设计的量子随机存储器（ QRAM ）和量子数据结构，将经典算法的线性复杂度降低到亚线性。“本源量禹”正是基于此被开发出来。
本源量禹使用量子线性求解器代替了传统的求解器，基于量子虚拟机运行（未来可直接对接真实量子计算机），从理论上可以实现对CFD仿真计算的亚线性加速。量子线性求解器包括HHL和FOM-HHL算法，为降低系数矩阵的条件数加速计算速度，提供了包括静态稀疏近似逆等多种预处理器；本源量禹适用于不可压缩流动和可压缩流动的求解，定常和非定常流动的求解。

飞机、导弹、潜艇、航母、天气预报都需要流体力学
相较于传统计算，量子计算其最大的优势就在于，一个量子不仅能表示0或1，还可以表示0和1的叠加，因此算力会随着量子比特数的增加呈指数式增长。计算流体力学 (CFD) 是流体力学和计算机科学相融合的一门新兴交叉学科，它从计算方法出发，利用计算机快速的计算能力得到流体控制方程的近似解。流体力学在航空航天、热能动力、水利工程、土木工程、环境工程、食品工程、海洋工程等领域得到广泛应用。
但问题就在于，CFD计算非常耗时，运行成本高，且模拟过程效率低。在航天领域，为了更有效地模拟机翼和发动机周围的气流，传统的CFD计算会浪费大量时间。科学家发现量子计算技术在解决某些特定问题时，有着较强的计算能力，进而积极探索，以期制造出更节能的飞机，降低航旅的碳排放量，从而对环境产生巨大的积极影响。
近年来从微软研究院，到NASA，Airbus，国际知名团队都在尝试做更加“接地气”的研究。2019年，Airbus举办了首届量子计算挑战赛（Airbus Quantum Computing Challenge），本源量子有幸被邀请参赛并获得量子计算流体动力项目单项冠军。此次诞生的“本源量禹”也是在这次大赛的基础上，研发出的应用软件。目前该软件已上线到本源量子云计算平台，供大家下载使用~https://qcloud.originqc.com.cn/application

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