量子アニーリングコンピュータに実装可能な流体計算アルゴリズムの構築

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本研究の目的は，量子アニーリングコンピュータに実装可能な流体計算アルゴリズムを構築することである．次世代のコンピュータと称される量子コンピュータによる流体計算の実現は学術界だけでなく産業界においても期待されているが，実際に量子コンピュータが流体の実計算に応用された例は未だない．量子コンピュータはゲート型とアニーリング型に大別され，このうちすでに実用化されている量子アニーリングコンピュータは0と1の二値のみを扱う組合せ最適化問題に特化したマシンとなっている．そのため一般に量子アニーリングコンピュータを用いた流体計算は不可能であると考えられている．研究期間1年目の今年度の研究実績であるが，実際に量子アニーリングコンピュータに実装可能な流体計算アルゴリズムの構築に至った．このとき，流体計算にかかる時間や効率については考慮せず，量子アニーリングコンピュータに実装可能な流体計算アルゴリズムを構築することだけに注力した．量子アニーリング計算では0と1の二値の組み合わせに対するコスト関数を定義し，このコスト関数を最小にする0と1の組み合わせを最適解として得る．そこで本研究では粒子状態を0と1のみで表現する「格子気体法」という流体計算法に着目し，格子気体法を「物理的な制約条件が与えられた0/1分布の組合せ最適化問題」として扱うことで量子アニーリングコンピュータに実装可能な流体計算アルゴリズムの構築を行なった．ここでの物理的な制約条件とは流体の質量と運動量の保存を意味し，この物理条件を破る粒子状態はコスト関数が増大するようにアルゴリズムを構築している．そのため，結果的に流体物理を満足する解をコスト関数を最小化する粒子状態として得ることが出来る．