你可能想象不到，中国竟然用量子计算机实现了全球最大规模的量子计算流体力学仿真，可能让本就已经领先的高超音速技术取得更大的优势，这项突破性研究已发表在国际权威期刊《应用力学和工程中的计算机方法》杂志上。
飞行器在高超音速飞行时，周围狂暴的气流会像拳头一样疯狂击打飞行器，超高的温度甚至可能熔化钢铁，所以科学家们在设计高超音速飞行器时，必须精确计算出机身周围复杂的空气流动。
这个计算有多复杂呢？传统的计算流体力学（CFD），就像让你用计算机去测算湍急的山涧溪流中每一滴水的运动轨迹，即使世界上最强大的超级计算机可能也要望而兴叹。
而现在，中国多家顶尖研究机构的力量，包括合肥综合性国家科学中心、中国空气动力研究院、中国航空研究院和本源量子等，开发出了两项关键技术：一个叫做'Iterative-QLS'的创新算法，就像是给量子计算机配备了一个“智能纠错系统”，能够有效抑制量子计算中常见的错误；另一个是“子空间方法”，就像积木一样把大问题分解成小块，让量子计算机能够处理更大规模的计算问题。这两项技术的结合，使得高精度的大规模流体模拟成为可能。
研究人员利用本源量子的超导量子计算机“本源悟空”——这是我国自主研发的高性能量子计算机，开创性地把这套技术引入计算流体力学，形成了"量子-经典混合"计算方法，让量子计算机去啃最难啃的"硬骨头"，让传统计算机负责相对简单的运算，两者优势互补，协同工作，在实际测试中展现出了惊人的性能：
在泊肃叶流动模拟中，计算误差低于0.2%；
成功处理了5043维矩阵的声波传播问题；
实现了目前量子计算机上最大规模的流体模拟。
这项突破的意义远不止于创造纪录。正如论文所说，这是一座连接经典计算和量子计算的桥梁，为解决更复杂的工程问题开辟了新途径。未来它可能帮助我们更快更准地设计飞行器、降低航空航天研发成本甚至推动计算科学的发展。
不过目前这项技术还处于早期阶段，仍然受到量子比特数量的限制。但随着量子计算机的进步，这种方法有望在航空航天、计算机图形学、信号处理等领域发挥更大作用。让我们期待这项突破不仅推动中国航空航天技术的发展，也为全球计算科学开辟新天地。
参考文献：
Chen, Z. Y., et al. (2024). Enabling large-scale and high-precision fluid simulations on near-term quantum computers. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. https://doi.org/10.1016/j.cma.2024.117428
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