Квантовый алгоритм для линейных систем уравнений (HHL09): Шаг 1 - Путаница относительно использования алгоритма оценки фазы


11

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 яN×NAbxAx=bAbb. Далее мы используем методы гамильтонова моделирования [3, 4], чтобы применить eiAtк| бядля 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 =|b=i=1Nbi|ieiAt|bitA|bAλj, гдеуJесть собственный базис Аи| б=Σ J = N J = 1 βJ| уJ.j=1j=Nβj|uj|λjujA|b=j=1j=Nβj|uj

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 .φei2πφ|uU

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.t|0tφt

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:|u|uUU

12t/2(|0+exp(2πi2t1φ)|1)(|0+exp(2πi2t2φ)|1)...(|0+exp(2πi20φ)|1)=12t/2k=02t1exp(2πiφk)|k

введите описание изображения здесь

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.Θ(t2)φ

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 переписаноφφ=0.φ1...φt

12t/2(|0+exp(2πi0.φt|1)(|0+exp(2πi0.φt1φt|1)...(|0+exp(2πi0.φ1...φt|1)

|φ1...φtφ

введите описание изображения здесь

φU|u

12t/2j=02t1exp(2πiφj)|j|u|φ~|u

введите описание изображения здесь

Шаг 1 (оценка фазы):

AAeiAtA

U=eiAt|ujUN×NNAλjeiAteiλjtUe2πiφeiλjtφ=λjt2π|bUj=1j=Nβj|uj|ujU|u(|0)t|u|φ~|uj|λjt2π~λj|ujAj=1j=Nβj|ujj=1j=Nβj|uj|λjt2π~

Вопрос:

j=1j=Nβj|uj|λ~jj=1j=Nβj|uj|λjt2π~

t2π

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.


1
6t=3+log2(2+12(0.1))=3+3=6|λj|λjt2π390%

Ответы:


5

Это зависит от бумаг, но я видел 2 подхода:

  1. tt=t0=2π

  2. λ~λt2πλ~λt2π

Вот несколько ссылок:

  1. t2π

  2. tt02π

  3. t=2π

  4. t0=2π


2

t2π

Ueiλtλt/(2π)Aλ

UeiλtAλ

|λ~

Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.