Variational quantum algorithms exploit the features of superposition and entanglement to optimize a cost function efficiently by manipulating the quantum states. They are suitable for noisy intermediate-scale quantum (NISQ) computers that recently became accessible to the worldwide research community. Here, we implement and demonstrate the numerical processes on the 5-qubit and 7-qubit quantum processors on the IBM Qiskit Runtime platform. We combine the commercial finite-element-method (FEM) software ABAQUS with the implementation of Variational Quantum Eigensolver (VQE) to establish an integrated pipeline. Three examples are used to investigate the performance: a hexagonal truss, a Timoshenko beam, and a plane-strain continuum. We conduct parametric studies on the convergence of fundamental natural frequency estimation using this hybrid quantum-classical approach. Our findings can be extended to problems with many more degrees of freedom when quantum computers with hundreds of qubits become available in the near future.


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《工程》是中国工程院(CAE)于2015年推出的国际开放存取期刊。其目的是提供一个高水平的平台,传播和分享工程研发的前沿进展、当前主要研究成果和关键成果;报告工程科学的进展,讨论工程发展的热点、兴趣领域、挑战和前景,在工程中考虑人与环境的福祉和伦理道德,鼓励具有深远经济和社会意义的工程突破和创新,使之达到国际先进水平,成为新的生产力,从而改变世界,造福人类,创造新的未来。 期刊链接:https://www.sciencedirect.com/journal/engineering
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