Altair, società globale specializzata nell’intelligenza computazionale, e i ricercatori dell’Università Tecnica di Monaco, hanno raggiunto un punto di svolta nel campo del calcolo quantistico applicato alla fluidodinamica computazionale (CFD). La scoperta, pubblicata sulla rivista Computer Physics Communications, presenta un codice eseguibile su computer e simulatori quantistici, che risolve alcune delle maggiori sfide nell’implementazione del metodo di Lattice-Boltzmann tramite il calcolo quantistico.
L’articolo, dal titolo “Quantum Algorithm for the Lattice-Boltzmann Method Advection-Diffusion Equation”, è stato sviluppato grazie ad un assegno di ricerca concesso da Altair e realizzato dai ricercatori dell’Università Tecnica di Monaco. Si tratta di un contributo significativo nel campo del calcolo quantistico applicato, che sottolinea l’impegno di Altair nello sviluppo di tecnologie pionieristiche. Il documento è stato redatto dal Vicepresidente di Altair per le Soluzioni CFD, Christian Janssen e dall’ex Direttore Tecnologico di Altair, Uwe Schramm.
“Altair è impegnata a spingere i confini della tecnologia di simulazione,” ha dichiarato Christian Janssen, vicepresidente delle soluzioni CFD di Altair. “I nostri strumenti CFD potenziati dalle GPU hanno stabilito un nuovo standard in termini di efficienza e precisione. Ora stiamo esplorando il potenziale rivoluzionario del calcolo quantistico per affrontare simulazioni ancora più complesse, aprendo così a nuove possibilità nella progettazione e nell’ingegneria di prodotto.”
La ricerca presenta, per la prima volta, un algoritmo quantistico generale per la CFD tridimensionale. Questo algoritmo – spiegano i ricercatori – ha il potenziale di portare la CFD tridimensionale completamente non lineare nel mondo quantistico. Si tratta di una svolta per la CFD di nuova generazione e il design basato su simulazione, poiché i risultati dimostrano le enormi possibilità, in termini di dimensione dei modelli e scalabilità, che il calcolo quantistico offre rispetto al calcolo classico. Conferma inoltre che il calcolo quantistico non è solo teoria, ma diventerà uno strumento pratico per affrontare problemi reali. Questo apre un nuovo ventaglio di possibilità in campi tradizionalmente descritti dalla fisica classica, come la CFD, consentendo l’applicazione pratica del calcolo quantistico.
L’obiettivo del progetto era sviluppare un algoritmo per la fluidodinamica computazionale quantistica (CFD) utilizzando il Metodo di Lattice-Boltzmann (LBM). Rendere la CFD classica compatibile con la meccanica quantistica consente agli utenti di sfruttare la potenza di elaborazione superiore del calcolo quantistico per simulazioni che sono esponenzialmente più veloci e potenzialmente più accurate rispetto ai metodi classici.
Grazie alla sua capacità di aumentare esponenzialmente la velocità di calcolo e di abilitare simulazioni più complesse, ci si aspetta che il calcolo quantistico avrà un impatto significativo nello sviluppo di prodotti in numerosi settori, tra cui sanità, finanza e scienze naturali/biologiche.
“Questa è una scoperta importante sia per il nostro team, che per i ricercatori di Altair, con il potenziale per aprire una nuova dimensione del calcolo quantistico,” ha dichiarato Nikolaus Adams, professore e direttore della cattedra di aerodinamica e meccanica dei fluidi presso l’Università Tecnica di Monaco. “Abbiamo gettato le fondamenta per una nuova generazione di algoritmi per il calcolo quantistico, che speriamo, porterà a un maggiore utilizzo pratico di queste tecnologie sia nell’industria che nel mondo accademico.”
Come discusso in un articolo simile dello stesso gruppo di ricercatori, gli algoritmi di quantum computing sono sviluppati a livello della macchina grazie alla progettazione di circuiti quantici. La CFD classica è non proporzionale e non lineare, mentre le formulazioni quantistiche sono proporzionali e lineari. La ricerca ha identificato una trasformazione unitaria per la CFD classica, oltre a sviluppare un approccio basato sul machine learning per gestire l’aspetto non lineare.
Tra gli autori dell’articolo figurano David Wawrzyniak, Josef Winter, Steffen Schmidt, Thomas Indinger e Nikolaus A. Adams dell’Università Tecnica di Monaco, insieme a Janssen e Schramm. Tutti i calcoli quantistici sono stati eseguiti presso il Leibniz Supercomputing Centre, vicino a Monaco, in Germania, sul sistema Atos QLM.
Questa ricerca è l’ultima di una serie di sviluppi catalizzati dall’investimento di Altair nel campo del quantum computing. In particolare, Altair ha investito in Riverlane, un’azienda specializzata nel rendere il calcolo quantistico più robusto e pratico affrontando le sfide della correzione degli errori quantistici (QEC). Con sede a Cambridge, nel Regno Unito, Riverlane è stata fondata nel 2016 ed è nota per Deltaflow, un’innovativa pila QEC che aiuta i computer quantistici a raggiungere la scala necessaria per eseguire le prime applicazioni quantistiche con correzione degli errori.
Per scoprire l’articolo completo è possibile consultare: “Quantum Algorithm for the Lattice-Boltzmann Method Advection-Diffusion Equation.”
Per saperne di più sulle soluzioni CFD di Altair, è possibile visitare la pagina del sito dell’azienda.
