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Quantum-inspired tensor-network fractional-step method for incompressible flow in curvilinear coordinates

van Hülst, Nis-Luca und Siegl, Pia und Over, Paul und Bengoechea, Sergio und Hashizume, Tomohiro und Cecile, Mario Guillaume und Rung, Thomas und Jaksch, Dieter (2026) Quantum-inspired tensor-network fractional-step method for incompressible flow in curvilinear coordinates. Computer Physics Communications. Elsevier. doi: 10.1016/j.cpc.2026.110169. ISSN 0010-4655.

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Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010465526001517?via%3Dihub

Kurzfassung

We introduce an algorithmic framework based on tensor networks for computing fluid flows around immersed objects in curvilinear coordinates. We show that the tensor network simulations can be carried out solely using highly compressed tensor representations of the flow fields and the differential operators and discuss the numeri�cal implementation of the tensor operations required for computing fluid flows in detail. The applicability of our method is demonstrated by applying it to the paradigm example of steady and transient flows around stationary and rotating cylinders. We find excellent quantitative agreement in comparison to finite difference simulations for Strouhal numbers, forces and velocity fields. The properties of our approach are discussed in terms of reduced order models. We estimate the memory saving and potential runtime advantages in comparison to standard finite difference simulations. We find accurate results with errors of less than 0.3% for flow-field compressions by a factor of up to 20 and differential operators compressed by factors of up to 1000 compared to sparse matrix rep�resentations. We provide strong numerical evidence that the runtime scaling advantages of the tensor network approach with system size will provide substantial resource savings when simulating larger systems. Finally, we note that, like other tensor network-based fluid flow simulations, our algorithmic framework is directly portable to a quantum computer leading to further scaling advantages.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/224581/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Quantum-inspired tensor-network fractional-step method for incompressible flow in curvilinear coordinates
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
van Hülst, Nis-LucaUniversität HamburgNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Siegl, Piapia.siegl (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2249-8121216324425
Over, PaulTU Hamburg HarburgNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bengoechea, SergioTU Hamburg HarburgNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hashizume, TomohiroUniversität HamburgNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Cecile, Mario GuillaumeUniversität HamburgNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rung, ThomasTU Hamburg HarburgNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jaksch, DieterUniversität HamburgNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2026
Erschienen in:Computer Physics Communications
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1016/j.cpc.2026.110169
Verlag:Elsevier
ISSN:0010-4655
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Tensor Networks, Computational Fluid Dynamics, Quantum Inspired, Incompressible Navier Stokes
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HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Effizientes Luftfahrzeug
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L EV - Effizientes Luftfahrzeug
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Digitale Technologien
Standort: Dresden
Institute & Einrichtungen:Institut für Softwaremethoden zur Produkt-Virtualisierung
Hinterlegt von: Siegl, Pia
Hinterlegt am:01 Jun 2026 06:07
Letzte Änderung:01 Jun 2026 06:07

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