Quantum computing offers a promising avenue for advancing computational methods in science and engineering. In this work, we introduce the quantum asymptotic numerical method (qANM), a framework for solving nonlinear problems using quantum computing. Based on the principle of high-order perturbation techniques, the proposed method uses Taylor series expansions to transform complex nonlinear systems into sequences of linear equations. We integrate the method with the variational quantum linear solver and a quantum-enhanced Jacobi method. Numerical simulations on a quantum simulator validate the convergence of the method. In particular, the high-order ANM formulation demonstrates robustness in addressing nonlinear problems by effectively capturing the solution path through Taylor series expansions. Furthermore, a highlight of this work is a proof-of-principle experiment on a superconducting quantum processor. Despite the noise inherent in near-term quantum hardware, the experiment achieves 98% accuracy in tracking the nonlinear solution path. We believe this work provides a useful reference for applying quantum computing to nonlinear computational mechanics.


翻译:量子计算为科学和工程领域的计算方法发展提供了有前景的途径。本文提出了一种基于渐近数值法的量子框架(qANM),用于利用量子计算求解非线性问题。该方法基于高阶摄动技术原理,通过泰勒级数展开将复杂非线性系统转化为一系列线性方程。我们将其与变分量子线性求解器以及量子增强雅可比方法相结合。在量子模拟器上进行的数值模拟验证了该方法的收敛性。特别地,高阶ANM公式通过泰勒级数展开有效捕捉解路径,展现了处理非线性问题的鲁棒性。此外,本文的亮点在于在超导量子处理器上进行了原理验证实验。尽管近期量子硬件存在固有噪声,该实验在追踪非线性解路径时仍达到了98%的准确率。我们相信这项工作为量子计算在非线性计算力学中的应用提供了有益参考。

0
下载
关闭预览

相关内容

量子计算是一种遵循量子力学规律调控量子信息单元进行计算的新型计算模式。对照于传统的通用计算机,其理论模型是通用图灵机;通用的量子计算机,其理论模型是用量子力学规律重新诠释的通用图灵机。从可计算的问题来看,量子计算机只能解决传统计算机所能解决的问题,但是从计算的效率上,由于量子力学叠加性的存在,目前某些已知的量子算法在处理问题时速度要快于传统的通用计算机。

知识荟萃

精品入门和进阶教程、论文和代码整理等

更多

查看相关VIP内容、论文、资讯等
量子计算在非正规战争中的新兴潜力
专知会员服务
19+阅读 · 2025年2月23日
量子机器学习的基础和应用:一个简明文献综述
专知会员服务
39+阅读 · 2022年6月28日
专知会员服务
37+阅读 · 2021年9月12日
【NeurIPS 2020】核基渐进蒸馏加法器神经网络
专知
13+阅读 · 2020年10月19日
最新|深度离散哈希算法,可用于图像检索!
全球人工智能
14+阅读 · 2017年12月15日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 4月13日
Arxiv
0+阅读 · 4月8日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
5+阅读 · 6月17日
相关VIP内容
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员