近日，國內量子計算龍頭企業本源量子正式發佈軟體“本源量禹”（OriginQ QCFD），這也是國內首款量子計算流體力學倣真軟體。據悉，該軟體基於量子有限體積法，能實現對CFD倣真計算的亞線性加速。通過該軟體，用戶可以更高效模擬風洞試驗。未來，量子計算流體力學可應用於航空航太、導彈、潛艇、航母、天氣預報等多個領域。以航太航空為例，量子計算一旦賦能流體力學，便可助力製造出更節能的飛機，降低航旅的碳排放量，從而對環境産生巨大的積極影響。
傳統計算的流體力學耗時太長，“本源量禹”應運而生
傳統CFD的主要離散方法有：有限差分、有限元以及有限體積法等。其中有限體積法由於其良好的守恒性和網格適應性，常用於商業軟體及開源軟體中。但在上述方法中，往往避免不了由於網格數增加帶來的計算資源和計算時間的大幅消耗。本源量子與中科大聯合研究團隊在今年2月提出的可支援經典數據輸入和輸出的量子有限體積法就是為了解決上述問題，該方法運用量子線性求解器作為子過程，並結合自主設計的量子隨機記憶體（ QRAM ）和量子數據結構，將經典演算法的線性複雜度降低到亞線性。“本源量禹”正是基於此被開發出來。
本源量禹使用量子線性求解器代替了傳統的求解器，基於量子虛擬機運作（未來可直接對接真實量子電腦），從理論上可以實現對CFD倣真計算的亞線性加速。量子線性求解器包括HHL和FOM-HHL演算法，為降低系數矩陣的條件數加速計算速度，提供了包括靜態稀疏近似逆等多種預處理器；本源量禹適用於不可壓縮流動和可壓縮流動的求解，定常和非定常流動的求解。
飛機、導彈、潛艇、航母、天氣預報都需要流體力學
相較于傳統計算，量子計算其最大的優勢就在於，一個量子不僅能表示0或1，還可以表示0和1的疊加，因此算力會隨著量子比特數的增加呈指數式增長。計算流體力學 (CFD)是流體力學和電腦科學相融合的一門新興交叉學科，它從計算方法出發，利用電腦快速的計算能力得到流體控制方程的近似解。流體力學在航空航太、熱能動力、水利工程、土木工程、環境工程、食品工程、海洋工程等領域得到廣泛應用。
但問題就在於，CFD計算非常耗時，運作成本高，且模擬過程效率低。在航太領域，為了更有效地模擬機翼和發動機周圍的氣流，傳統的CFD計算會浪費大量時間。科學家發現量子計算技術在解決某些特定問題時，有著較強的計算能力，進而積極探索，以期製造出更節能的飛機，降低航旅的碳排放量，從而對環境産生巨大的積極影響。
近年來從微軟研究院，到NASA，Airbus，國際知名團隊都在嘗試做更加“接地氣”的研究。2019年，Airbus舉辦了首屆量子計算挑戰賽（Airbus Quantum Computing Challenge），本源量子有幸被邀請參賽並獲得量子計算流體動力項目單項冠軍。此次誕生的“本源量禹”也是在這次大賽的基礎上，研發出的應用軟體。目前該軟體已上線到本源量子云計算平臺，供大家下載使用~https://qcloud.originqc.com.cn/application （張夢怡、楊夏）