Жидкость, обтекающая препятствие, рождает вихри и ударные волны. Описать их поведение — значит решить нелинейное уравнение, в котором скорость течения зависит от самой себя. Классические суперкомпьютеры тратят на это дни, а квантовые до сих пор почти не применялись: их естественный язык — линейные операции, а жидкость «нелинейна» по своей природе.
Авторы новой работы нашли обходной путь. Они записали течение жидкости в виде набора параметров квантовой схемы, а затем позволили компьютеру самому подгонять эти параметры, чтобы результат совпадал с реальной физикой. Такой подход — гибридный: часть расчётов делает классический компьютер, часть — квантовый. Впервые на квантовом процессоре удалось проследить, как течение меняется во времени, включая режимы с числом Рейнольдса около 100 — это уже заметная турбулентность.
Чтобы справиться с шумом квантового железа, физики применили трюк: они запускали одну и ту же схему с разным уровнем помех и затем экстраполировали результат к «идеальному» нулевому шуму. Это позволило выполнять глубокие квантовые схемы с сотнями запутанных операций — больше, чем обычно выдерживают подобные устройства. В итоге удалось восстановить эволюцию поля на нескольких шагах по времени, несмотря на несовершенство процессора.
Результат — первый экспериментальный показ нелинейной динамики на квантовом компьютере. Раньше квантовые симуляции ограничивались линейными задачами вроде колебаний молекул. Теперь открыт путь к расчёту турбулентности, ударных волн и других явлений, где классические методы упираются в вычислительные стены.
как её написали авторы, на английском arXiv:2608.13041v1
From fluid flow and transport to collective dynamics, numerical simulation of nonlinear partial differential equations underpins modern scientific computing. Extending this capability to quantum computers remains a longstanding challenge because nonlinear and non-Hermitian evolution is fundamentally incompatible with conventional Hamiltonian-based quantum simulation. Here we experimentally realize the time evolution of nonlinear fluid dynamics on a quantum processor using a hybrid variational framework for the viscous and inviscid Burgers equations. Our approach directly encodes the nonlinear dynamics into a variational optimization procedure, avoiding the enlarged linear embeddings and truncation overhead associated with Carleman linearization-based quantum algorithms. We further demonstrate convection-dominated dynamics corresponding to Reynolds numbers of order $$10^2$$. We encode the governing evolution into parametrized quantum circuits and iteratively reconstruct the time-dependent field through quantum-classical optimization. By introducing a zero-noise extrapolation method without additional circuit-folding overhead, we accurately execute deep error-circuits with entangling-gate counts beyond those typical of Hadamard test circuits. We accurately reconstruct the time evolution across multiple timesteps despite hardware noise and finite device coherence. Our results constitute, to our knowledge, the first experimental realization of nonlinear time propagation on a quantum processor, extending quantum simulation beyond predominantly linear settings and establishing a route toward quantum computation for nonlinear continuum dynamics.
Уравнение Бюргерса, которое решали авторы, впервые появилось в 1939 году в работе о турбулентности, а позже нашло применение в космологии — оно описывает, как во Вселенной образуются пустоты и сгущения галактик.