Nonlinear dynamics is ubiquitous in nature, ranging from chemical pattern formation to ocean circulation, yet its simulation on quantum computers is fundamentally limited by the unitary nature of quantum evolution. We propose the quantum Koopman method, a data-driven framework that embeds nonlinear dynamics into a learned linear representation and implements the resulting evolution using shallow quantum circuits. This method learns Koopman observables from trajectory data, projects the lifted dynamics onto a finite-dimensional subspace, and decomposes the corresponding non-unitary propagator into parallel spectral channels. We utilize the Koopman method on a superconducting processor to simulate three distinct nonlinear systems, comprising reaction-diffusion dynamics, fluid motion on a sphere, and satellite-derived observations of Gulf Stream currents, employing up to 32 parallel circuits of 10 qubits. These quantum simulations capture the dominant multiscale patterns and statistical signatures of the underlying dynamics, and reveal a transition from performance limited by hardware noise in weakly nonlinear systems to performance limited by finite-dimensional Koopman representations as nonlinear scale interactions increase. This transition identifies a practical boundary for quantum-amenable nonlinear dynamics, establishing a hardware-validated route for simulating moderately nonlinear dynamics on near-term quantum hardware.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

【CMU博士论文】用于物理模拟的高效深度学习模型
专知会员服务
31+阅读 · 2025年8月24日
【新书】基于物理的模拟
专知会员服务
23+阅读 · 2025年7月25日
COLING2024|不平衡场景下的多模态知识图谱补全
专知会员服务
23+阅读 · 2024年3月23日
Nat. Commun. | 深度学习将大分子分解为独立的马尔可夫域
专知会员服务
17+阅读 · 2022年12月9日
【BAAI|2019】用深度学习模拟原子间势,王涵  (附pdf)
专知会员服务
18+阅读 · 2019年11月21日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
详述DeepMind wavenet原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
12+阅读 · 2017年6月26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
0+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
0+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
0+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
0+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 · 7月22日
VIP会员
最新内容
《最强大的军事网状网络》
专知会员服务
2+阅读 · 9月7日
《预测陆军征兵任务分配》110页
专知会员服务
2+阅读 · 9月7日
分层反无人机系统发展新趋势
专知会员服务
10+阅读 · 9月3日
何为协作武器?
专知会员服务
10+阅读 · 9月1日
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
0+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
0+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
0+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
0+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