Я уже некоторое время пытаюсь разобраться со знаменитым (?) Документом « Квантовый алгоритм для линейных систем уравнений» (Harrow, Hassidim & Lloyd, 2009) (более широко известный как статья с алгоритмом HHL09 ).
На самой первой странице они говорят :
Мы набросаем здесь основную идею нашего алгоритма, а затем обсудим ее более подробно в следующем разделе. Учитывая эрмитову матрицу A и единичный вектор → b , предположим, что мы хотели бы найти → x, удовлетворяющий A → x = → b . (Мы обсудим более поздние вопросы эффективности, а также о том, как можно ослабить сделанные нами предположения относительно A и → b .) Во-первых, алгоритм представляет → b как квантовое состояние | б ⟩ = Σ N я. Далее мы используем методы гамильтонова моделирования [3, 4], чтобы применить eiAtк| бя⟩для наложения разного временит. Эта способность возводить в степеньАпереводит через хорошо известную технику оценки фазы [5–7] в способность разлагать| б⟩ в базисе матрицыAи найти соответствующие собственные значения ЛJнеформально, состояние системы после этой стадии близко кΣ J =, гдеуJесть собственный базис Аи| б⟩=Σ J = N J = 1 βJ| уJ⟩.
Все идет нормально. Как описано в Nielsen & Chuang в главе « Квантовое преобразование Фурье и его приложения », алгоритм оценки фазы используется для оценки в e i 2 π φ, который является собственным значением, соответствующим собственному вектору | у ⟩ унитарного оператора U .
Вот соответствующая часть от Nielsen & Chuang:
Алгоритм оценки фазы использует два регистра. Первый регистр содержит кубитов, изначально находящихся в состоянии | 0 ⟩ . То, как мы выбираем t, зависит от двух вещей: количества цифр точности, которые мы хотим иметь в нашей оценке для φ , и с какой вероятностью мы хотим, чтобы процедура оценки фазы была успешной. Зависимость t от этих величин естественно вытекает из следующего анализа.
Второй регистр начинается в состоянии и содержит столько же кубитов , как это необходимо для хранения | у ⟩ . Оценка фазы выполняется в два этапа. Сначала мы применяем схему, показанную на рисунке 5.2. Схема начинается с применения преобразования Адамара к первому регистру с последующим применением операций с управляемым U во втором регистре, причем U увеличивается до последовательных степеней, равных двум. Конечное состояние первого регистра легко увидеть:
Второй этап оценки фазы заключается в применении обратного квантового преобразования Фурье к первому регистру. Это получается путем обращения схемы для квантового преобразования Фурье в предыдущем разделе (упражнение 5.5) и может быть выполнено за шагов. Третий и последний этап оценки фазы заключается в считывании состояния первого регистра путем выполнения измерений на вычислительной основе. Покажем, что это дает довольно хорошую оценку φ . Общая схема алгоритма показана на рисунке 5.3.
Чтобы прояснить нашу интуицию относительно того, почему оценка фазы работает, предположим, что может быть выражено точно в битах, как φ = 0. φ 1 . , , φ т . Тогда состояние (5.20), полученное в результате первого этапа оценки фазы, может быть переписано
Шаг 1 (оценка фазы):
Вопрос:
Изменить: Часть 2 была задана здесь, чтобы сделать отдельные вопросы более сфокусированными.
У меня также есть несколько путаниц в отношении шага 2 и шага 3 алгоритма HHL09, но я решил опубликовать их как отдельные цепочки вопросов, так как этот становится слишком длинным. Я добавлю ссылки на эти темы вопросов в этом посте, как только они будут созданы.