ORNL、Frontierスーパーコンピュータ上でLuGoアルゴリズムを開発、計算流体力学における量子回路ゲート数を95%削減

オークリッジ国立研究所（ORNL）の計算科学者たちは、量子計算流体力学（CFD）における回路深度のボトルネックを軽減するために設計された、強化型量子位相推定（QPE）アルゴリズムフレームワークであるLuGoを発表しました。エネルギー省（DOE）のオークリッジ・リーダーシップ・コンピューティング施設（OLCF）にあるFrontierエクサスケール・スーパーコンピュータを使用して開発され、量子コンピューティング・ユーザープログラム（QCUP）を通じて検証されたこのアルゴリズムは、流体流れの微分方程式を解くために必要な総量子ゲート演算数を95%以上削減します。

粘性流体を平行なプレート間で支配するヘレ・ショーの流れの方程式のような流体力学にハロー・ハシディム・ロイド（HHL）量子線形システムソルバーを適用する際の主なボトルネックは、従来のQPEエンコーディングに伴う高い回路深度です。これらの流体方程式の標準的な実装では約2,000,000個の論理ゲートが必要であり、深刻なノイズとデコヒーレンスのリスクをもたらしました。LuGoは、量子状態マッピングの前に重い初期化ルーチンを古典HPCノードにシフトすることで、ハイブリッドワークフローを再構築します。2エクサフロップスのFrontierシステムの単一ノードで古典前処理を実行することにより、チームは必要な量子ゲート数を91,000ゲートに圧縮しました。