Obliczenia kwantowe - związek między modelem Hamiltonian a modelem Unitary


16

Podczas opracowywania algorytmów obliczeń kwantowych zauważyłem, że istnieją dwa podstawowe modele, w których odbywa się to. Niektóre algorytmy - takie jak problem drzewa Hamiltonian NAND (Farhi, Goldstone, Guttman) - działają poprzez zaprojektowanie stanu hamiltonowskiego i pewnego stanu początkowego, a następnie umożliwienie ewolucji systemu zgodnie z równaniem Schrödingera przez pewien czas przed wykonaniem pomiaru.t

Inne algorytmy - takie jak Algorytm Shora dla faktoringu - działają poprzez zaprojektowanie sekwencji transformacji Unitary (analogicznie do bramek) i zastosowanie tych transformacji pojedynczo do pewnego stanu początkowego przed wykonaniem pomiaru.

Moje pytanie, jako nowicjusz w dziedzinie obliczeń kwantowych, jaki jest związek między modelem hamiltonowskim a modelem transformacji Unitary? Niektóre algorytmy, jak na przykład problem drzewa NAND, zostały odtąd przystosowane do pracy z sekwencją transformacji Unitary (Childs, Cleve, Jordan, Yonge-Mallo). Czy każdy algorytm w jednym modelu można przekształcić w odpowiedni algorytm w drugim? Na przykład, biorąc pod uwagę sekwencję transformacji Unitary, aby rozwiązać konkretny problem, czy można zaprojektować hamiltonian i rozwiązać problem w tym modelu? Co z innym kierunkiem? Jeśli tak, jaki jest związek między czasem ewolucji systemu a liczbą przekształceń jednostkowych (bramek) wymaganych do rozwiązania problemu?

Znalazłem kilka innych problemów, w przypadku których wydaje się, że tak jest, ale nie ma jednoznacznego argumentu ani dowodu wskazującego, że jest to zawsze możliwe, a nawet prawdziwe. Może dlatego, że nie wiem, jak nazywa się ten problem, więc nie jestem pewien, czego szukać.


3
Każdy algorytm wielomianowy w jednym odpowiada algorytmowi wielomianowemu w drugim, ale nie jest jasne, czy stopień wielomianu będzie taki sam. Mam nadzieję, że ktoś wymyśli referencje. Wyniki te zostały udowodnione we wczesnych dniach obliczeń kwantowych i teraz powinny istnieć lepsze dowody na te twierdzenia.
— Peter Shor,

czy odnosi się to do tak zwanego obrazu QM Heisenberga vs Schroedingera, który dotyczy sposobu definiowania operatorów? także jeśli nie jest objęty Nielsen & Chuang , wydaje się to poważnym niedopatrzeniem! w drzewie drzewa NAND użyto „wyroczni hamiltonowskich”, które wydają się być wprowadzone przez Farhi / Gutmann 1998. tutaj znajduje się ładny artykuł ankietowy na temat wyroczni hamiltonowskich autorstwa Mochona 2007
— 2014

Link do książki, który podałeś, jest w rzeczywistości podręcznikiem, z którego korzystaliśmy na studiach licencjackich w zakresie przetwarzania informacji kwantowej. Książka jest naprawdę nastawiona na podejście Unitarne (również w kontekście wyroczni), ale nie tak bardzo w kontekście hamiltonianów. Mój kurs licencjacki koncentrował się z perspektywy cs, a nie fizyki, dlatego najbardziej znam model Unitary.
— user340082710

Artykuł, który dostarczyłeś, jest ogólnie dobrym odniesieniem, ale nie sądzę, że odnosi się również do mojego pytania. Na koniec rzuciłem okiem na zdjęcie QM Heisenberga vs Schroedingera i wygląda na powiązane, ale wierzę, że moje pytanie jest inne (chociaż mogę się mylić - trudno było śledzić wpisy w Wikipedii).
— user340082710

Myślę, że istnieją różne sposoby interpretacji twojego pytania i zamiast odpowiadać na wszystkie interpretacje, chciałbym zadać Ci następujące pytania: Czy mógłbyś być bardziej precyzyjny na temat wersji modelu Hamiltona, którą masz na myśli? Jaka jest miara złożoności w tym modelu? (tzn. co liczy się, jak trudno jest rozwiązać problem w modelu hamiltonowskim?) W jaki sposób podano wkład w problem? Czy zostało to podane wprost, czy musisz zapytać o dane wejściowe za pośrednictwem wyroczni?
— Robin Kothari,

Odpowiedzi:


10

Aby pokazać, że ewolucja hamiltonowska może symulować model obwodu, można skorzystać z papierowego Obliczenia uniwersalnego za pomocą wielocząsteczkowego spaceru kwantowego , który pokazuje, że bardzo specyficzny rodzaj ewolucji hamiltonowskiej (wielocząsteczkowe spacery kwantowe) jest zakończony BQP, a zatem może symulować model obwodu.

Oto artykuł z ankiety na temat symulacji ewolucji kwantowej na komputerze kwantowym. Można wykorzystać techniki opisane w tym artykule do symulacji modelu ewolucji hamiltonowskiej komputerów kwantowych. Aby to zrobić, należy użyć „Trotterization”, co znacznie zmniejsza efektywność symulacji (chociaż wprowadza ona tylko wielomianowy wzrost w czasie obliczeń).


Dzięki! Te referencje wyglądają całkiem dobrze i powinny dać mi wyobrażenie o tym, jak to się robi.
— user340082710,
Korzystając z naszej strony potwierdzasz, że przeczytałeś(-aś) i rozumiesz nasze zasady używania plików cookie i zasady ochrony prywatności.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.