Faster Search of Clustered Marked States with Lackadaisical Quantum Walks
Nahimovs和Rivosh研究了多标记态下离散时间量子行走的性质。如果标记状态排列在$\sqrt{N} \times \sqrt{N}$网格内的$\sqrt{k} \times \sqrt{k}$簇中,则他们引入了聚集标记状态$i.e.,$的例外配置,其中$k=n^{2}$和$n$是奇数。他们表明,使用AKR(Ambainis,Kempe和Rivosh)硬币的量子行走在多个标记状态中找到一个标记状态需要$Ω(\sqrt{N} - \sqrt{k})$时间。此外,Nahimov和Rivosh还表明,与AKR硬币相比,Grover硬币可以更快地找到标记状态的相同配置,并且具有更高的概率。在这篇文章中,我们表明,使用懒洋洋的量子行走,一个变种的三态离散时间量子行走在一条线上,找到所有的集群标记状态的这种特殊的配置的成功概率接近1与较小的运行时间。我们还表明,在国家的最先进的作品中的多个标记状态的自循环建议的权重不是最佳的这种特殊配置的集群标记状态。我们提出了一个范围内的权重的自循环,只有一个可以给这种配置所需的结果。
2021-07-05 quant-ph
Limit Theorem for Continuous-Time Quantum Walk on the Line
本文作者证明了,对于离散时间量子游走X^{(d)} t,其演化用Hadamard变换描述,弱极限定理成立:X^{(d)} t /\to dx / π(1-x^2)\sqrt{1 - 2 x^2} as \to \infty .本文证明了对于{ \it连续时间}量子行走X^{(c)}_t满足类似的弱极限定理:X^{(c)}_t /tPDMATHABMM dx / π \sqrt{1 - x^2} as \to \infty .量子游动的这些结果与对称离散和连续时间经典随机游动的中心极限定理形成了鲜明的对比:Y_{t} / \sqrt{t} \to e^{-x^2/2} dx / \sqrt{2 π} as t PDMATHAMM \infty。工作还涉及离散和连续时间量子行走之间的关系的问题。这一主题,在以前的文献中的一个长期的辩论的主题,在矩阵表示的形式主义和极限分布进行了详尽的比较,在这两种情况下。
2006-02-10 quant-ph
Spatial search by quantum walk
Grover的量子搜索算法提供了一种加速组合搜索的方法,但不能直接应用于搜索物理数据库。然而,Aaronson和Ambainis表明,在d个空间维度上布局的N个项目的数据库可以在d>2时在order sqrt(N)的时间内搜索,并且在d=2时在order sqrt(N)poly(log N)的时间内搜索。我们考虑一个替代的搜索算法的基础上,连续时间量子行走的图。完全图的情况给出了Farhi和Gutmann的连续时间搜索算法,并且可以使用其他先前已知的结果来表明在超立方体上也可以实现sqrt(N)加速。我们证明了在d维周期格上可以实现完全的sqrt(N)加速,其中d>4。在d=4时,量子行走搜索算法花费sqrt(N)poly(log N)阶的时间,并且在d<4时,该算法不提供实质的加速。
2004-08-25 quant-ph
Quantum Walk on the Line
受随机游走和马尔可夫链方法在经典算法设计中的巨大成功的启发,我们考虑图上的量子游走。我们详细分析了无偏量子行走的行为,一个典型的行走,“阿达玛行走”的例子。我们证明了在t个时间步后,Hadamard行走诱导的直线上的概率分布在区间[-t/sqrt(2),t/sqrt(2)]上几乎是均匀分布的.这意味着在圆上定义的相同行走在_linear_ time中混合。这与相应的经典行走的二次混合时间直接相反。最后,我们指出我们的技术可以应用到更一般的图形。
2000-10-31 quant-ph
Improvement of quantum walk-based search algorithms in single marked vertex graphs
量子行走是构造量子搜索算法或量子采样算法的有力工具,称为量子定态的构造。然而,这些算法的成功概率都远离1。振幅放大通常用于放大成功概率,但随之而来的是蛋奶酥问题。只有停在正确的一步,我们才能获得最大的成功概率。否则,随着步骤数的增加,成功概率可能会降低,这将在实际应用中的算法时,当最佳步骤数是未知的麻烦。在本文中,我们定义了广义内插量子游动,它既可以提高搜索算法的成功概率,又可以避免soufflé问题。然后,我们结合广义插值量子行走与量子快进。该组合既减少了搜索算法从$Θ((\varepsilon^{-1})\sqrt{\Heg})$到$Θ(\log(\varepsilon^{-1})\sqrt{\Heg})$的行走算子的调用次数,又减少了从$Θ(\log(\varepsilon^{-1})+\log\sqrt{\Heg})$到$Θ(\log\log(\varepsilon^{-1})+\log\sqrt{\Heg})$所需的辅助量子位数,在提高成功概率的同时避免了“杂音”问题,其中$\varepsilon$表示精确度,$\Heg$表示经典命中时间。此外,我们还证明了我们的广义内插量子行走也可以用来改进与平稳分布相对应的量子态的构造。最后,我们给出了一个应用,可以通过应用广义内插量子游走来构造一个缓慢演化的马尔可夫链序列,这是绝热定态制备的必要前提。
2022-09-09 quant-ph
Lackadaisical quantum walks on 2D grids with multiple marked vertices
Lackadaisical quantum walk(LQW)是一种经典的量子惰性行走的模拟,其中每个顶点都有一个权值为$l$的自环.对于规则的$\sqrt{N}\times\sqrt{N}$ 2D网格,LQW可以使用$l = d/N$以$O(\sqrt{N\log N})$步骤找到具有$O(1)$概率的单个标记顶点,其中$d$是网格的顶点的度。然而,对于多个标记顶点,$l = d/N$不是最优的,因为成功概率随着标记顶点的数目的增加而降低。在本文中,我们数值研究搜索LQW不同类型的二维网格-三角形,矩形和蜂窝-与多个标记顶点。我们表明,在所有情况下的重量$l = m\cdot d/N$,其中$m$是标记的顶点的数量,仍然导致$O(1)$的成功概率。
2021-04-20 quant-ph
Random walk and non-Gaussianity of the 3D second-quantized Schrödinger-Newton nonlocal soliton
非定域量子流体作为暗物质模型和量子模拟及技术的工具而出现。然而,强非线性制度,如那些涉及多维自局域孤立波,边际探讨什么关系的量子特性。研究了二次量子化非局域非线性Schroedinger-Newton方程中3D+1孤子的动力学行为。我们从理论上研究了孤子质心和其他参数的量子扩散,改变相互作用长度。对密度矩阵的正P-表示所产生的Ito偏微分方程组的3D+1模拟验证了理论分析。数值结果揭示了孤子的非高斯统计的开始,这可能是量子引力效应的信号,并为量子计算提供了一个资源。这种非高斯性是由孤子参数量子扩散和稳定不变传输的相互作用引起的。涨落和非高斯性是任何非定域性和维数的普遍效应。
2023-01-31 nlin.PS physics.optics quant-ph
Quantum Walk Search through Potential Barriers
理想的量子行走以完美的保真度从一个顶点过渡到另一个顶点,但在物理系统中,粒子可能会受到势能垒的阻碍。然后粒子有一定幅度的隧穿势垒,也有一定幅度的停留。我们调查的算法后果,这样的障碍的量子行走制定格罗弗算法。我们证明,故障幅度必须缩放为$O(1/\sqrt{N})$搜索,以保持其量子$O(\sqrt{N})$运行时,否则,它在经典的$O(N)$时间搜索。因此,搜索更大的“数据库”需要越来越可靠的跳操作或纠错。这个条件对离散时间和连续时间量子行走都成立。
2016-09-20 quant-ph
Correcting for Potential Barriers in Quantum Walk Search
一个随机行走的量子粒子在格罗弗的$Θ(\sqrt{N})$迭代中搜索$N$顶点的完整图上的一个标记顶点,方法是重复查询一个预言,该预言翻转标记顶点处的振幅,通过“抛硬币”散射,以及跳跃。然而,在物理上,即使当不跳跃的幅度随着$N$而减小时,势能势垒也会阻碍跳跃并导致搜索失败。我们纠正这些错误,通过解释的量子行走搜索作为一个振幅放大算法和修改的阶段所施加的抛硬币和预言,使放大恢复$Θ(\sqrt{N})$运行时间。
2015-07-15 quant-ph
Coins Make Quantum Walks Faster
我们展示了如何搜索N个项目安排在一个$\sqrt{N}\times\sqrt{N}$网格上的时间$O(\sqrt N \log N)$,使用离散时间量子行走。这个结果第一次展示了离散时间和连续时间行走之间的显着差异,没有硬币自由度,因为它最近已经表明,这样的连续时间行走需要时间$Ω(N)$来执行相同的任务。我们的结果进一步改善了以前的限制量子局域搜索Aaronson和Ambainis。我们将我们的结果推广到3维和更多维的行走产生的最佳性能的$O(\sqrt{N})$,并给出了几个扩展的量子行走搜索算法的一般图。抛硬币的操作需要明智地选择:我们表明,另一个“自然”的硬币选择给出了一个步行,需要$Ω(N)$步骤。我们还表明,在2维,它是足够的,有一个二维硬币空间,以实现时间$O(\sqrt{N} \log N)$。
2004-02-16 cs.DS quant-ph
Spatial search by continuous-time quantum walks on crystal lattices
我们考虑的问题,搜索一般的$d$维格子的$N$顶点为一个单一的标记项目使用连续时间量子行走。我们要求局部性,但允许步行在小范围内周期性地变化。通过构建晶格哈密顿展示狄拉克点在其色散关系和利用狄拉克点附近的线性行为,我们开发的算法,解决了问题的$O(\sqrt N)$的时间为$d>2$和$O(\sqrt N \log N)$在$d=2$。特别是,我们表明,这样的算法存在,甚至在任何维度的超立方格。与以前的连续时间量子行走算法在低维超立方晶格,我们的方法不使用外部存储器。
2014-09-05 quant-ph
A New Type of Limit Theorems for the One-Dimensional Quantum Random Walk
本文考虑从2乘2酉矩阵U确定的初始量子比特态varphi出发的一维量子随机行走X^{varphi} _n在n时刻的情形。给出了X^{varphi}_n的特征函数的组合表达式.该表达式阐明了它对酉矩阵U的分量和初始量子比特态varphi的依赖性。作为上述结果的结果,我们给出了量子随机游动的一个新的极限定理。与de Moivre-Laplace极限定理相反,我们的对称情况意味着X^{varphi}_n /n在分布上收敛于极限Z^{varphi},因为n到infty,其中Z^{varphi}的密度为1 / pi(1-x^2)sqrt{1-2x^2},x在(- 1/sqrt{2},1/sqrt{2})中。此外,我们讨论了一些已知的模拟结果的基础上,我们的极限定理。
2005-11-01 quant-ph
Robust quantum spatial search
量子空间搜索已经得到了广泛的研究,大多数研究集中在量子行走算法。我们表明,量子行走算法是非常敏感的系统误差。我们提出了一种递归算法,它提供了显着的鲁棒性,某些系统误差。对于搜索N个项目,我们的递归算法可以容忍的错误大小为O(1/ \sqrt{\ln N}),这是指数优于量子行走算法,其容忍的错误大小仅为O(\ln N/ \sqrt{N})。此外,我们的算法不需要任何辅助量子位。因此,我们的算法是更容易实现实验相比,量子行走算法。
2016-02-12 quant-ph
Optimal Quantum Walk Search on Kronecker Graphs with Dominant or Fixed Regular Initiators
在网络科学中,通过对初始图的邻接矩阵取Kronecker或张量幂而得到的图被用于构造复杂网络。在本文中,我们解析地证明了在最佳$Θ(\sqrt{N})$时间内连续时间量子行走可以搜索到这样的Kronecker图的充分条件。首先,如果发起人是正规的,它的邻接矩阵有一个主导的主特征值,这意味着它的唯一的最大特征值渐近地主导其他特征值的大小,然后由这个发起人产生的克罗内克图可以量子搜索概率为1在$π\sqrt{N}/2$时间,渐近,我们给出的临界跳跃率的行走,使这一点。其次,对于任何固定的发起人,是规则的,非二部,并连接,克罗内克图产生的量子搜索在$Θ(\sqrt{N})$时间。这极大地扩展了已知量子行走最优搜索的克罗内克图的数量。然而,如果固定的、规则的、连接的发起者是二分的,则在其克罗内克幂上的搜索不是最优的,但是如果发起者具有两个以上的顶点,则仍然优于经典计算机的$O(N)$运行时。
2018-12-06 quant-ph
Quantum walk search on a two-dimensional grid with extra edges
本文研究基于 lackadaisical 量子行走的二维网格量子搜索,发现通过在二维周期网格中添加长程边,可将搜索 $M$ 个目标的时间复杂度优化至 $\mathcal{O}(\sqrt{N/M})$,并保持恒定成功概率。
2025-03-06 quant-ph
Deterministic spatial search using alternating quantum walks
本文研究了空间搜索的性能,其中Grover扩散算子被替换为连续时间量子行走一类相互依赖的网络。我们证明了,对于一组最佳的量子行走时间和标记顶点相移,建立了一个确定性的结构化空间搜索算法,找到标记顶点的概率为100%。这改进了同一类图上的原始空间搜索算法,我们发现它只能放大到50%的概率。我们的方法使用$\left\lceil\fracπ{2\sqrt{2}}\sqrt{N}\right\rceil$标记顶点相移的$N$顶点图,使其与Grover的算法相比,非结构化搜索。预计这个新的框架可以很容易地扩展到确定性空间搜索的其他家庭的图结构。
2021-08-25 quant-ph
Monitoring of quantum walks with weak measurements
Universität Augsburg(奥格斯堡大学);New York City College of Technology, The City University of New York(纽约市立学院,纽约市立大学);German Aerospace Center (DLR)(德国航空航天中心);Research Institute CODE, University of the Bundeswehr Munich(联邦国防军慕尼黑大学CODE研究所)
研究通过弱测量监测量子行走的平均返回时间,探讨其与测量强度的标度关系及与单位ary演化的联系。
2026-03-27 cond-mat.dis-nn quant-ph
Search by quantum walks on two-dimensional grid without amplitude amplification
我们研究了有限二维网格上的量子行走搜索。Ambainis,Kempe,Rivosh(quant-ph/0402107)的算法需要O(\sqrt{N log N})步,并且对于大小为\sqrt{N} * \sqrt{N}的网格,以O(1/log N)的概率找到标记位置。该概率很小,因此需要振幅放大以实现Θ(1)成功概率。幅度放大将额外的O(\sqrt{log N})因子添加到步数,使其为O(\sqrt{N} log N)。在本文中,我们表明,尽管找到标记位置的概率很小,但在标记位置的O(\sqrt{N})邻域内(距离为O(\sqrt [4]{N}))的概率为Θ(1)。这允许跳过幅度放大步骤并导致O(\sqrt{log N})加速。我们描述了支持这一想法的数值实验的结果,我们证明了这一事实分析。
2011-12-14 cs.CC cs.DS quant-ph
Quantum walks on two-dimensional grids with multiple marked locations
量子行走搜索算法的运行时间取决于搜索空间(图)的结构和标记位置的配置。虽然第一个依赖已经研究了一些文件,第二个依赖仍然大多未研究。我们使用Ambainis,Kempe和Rivosh [AKR05]的算法研究了二维网格上的量子行走搜索。本文只分析了一个和两个标记位置的情况。我们超越两个标记的位置,并研究了标记位置的任意配置的算法的行为。在本文中,我们证明了两个结果显示的重要性,如何标记的位置安排。首先,我们提出了两个位置的$k$标记的位置,该算法的步骤数不同的$Ω(\sqrt{k})$因素。其次,我们提出了两种配置的$k$和$\sqrt{k}$标记的位置具有相同的步骤和概率找到一个标记的位置。
2015-07-14 quant-ph
Lackadaisical quantum walks on triangular and honeycomb 2D grids
在典型的模型中,离散时间的量子行走搜索具有相同的运行时间的$O(\sqrt{N} \log{N})$的二维矩形,三角形和蜂窝状网格。已知对于2D矩形网格,可以使用几种不同的技术将运行时间改进为$O(\sqrt{N \log{N}})$。这样的技术之一是向每个顶点添加权重$4/N$的自循环(即,使行走懒散)。在本文中,我们采用懒洋洋的方法在三角形和蜂窝状的二维网格上的量子行走搜索。我们发现,对于这两种类型的网格添加一个自循环的重量$6/N$和$3/N$三角形和蜂窝网格,分别在$O(\sqrt{N \log{N}})$运行时间的结果。
2020-07-24 cs.CC quant-ph
A framework for optimal quantum spatial search using alternating phase-walks
我们提出了一种新的方法框架,量子空间搜索,概括的Childs和Goldstone($\mathcal{CG}$)算法通过交替应用标记顶点相移和连续时间量子行走。我们确定了周期图的最佳行走时间和相移参数的封闭形式表达式。这些参数被选择为围绕图拉普拉斯本征态的子集旋转系统,从而放大测量标记顶点的概率。对于任何具有固定数量的唯一特征值的周期图类,状态演化都是渐进最优的。我们证明了该算法的有效性,通过应用它来获得$\mathcal{O}(\sqrt{N})$搜索各种图形。一个重要的类是$n \times n^3$车图,它有$N=n^4$顶点。在这类图上,$\mathcal{CG}$算法的性能次优,在时间$\mathcal{O}(N^{5/8})$之后仅实现$\mathcal{O}(N^{-1/8})$重叠。使用新的交替相位行走框架,我们表明,$\mathcal{O}(1)$重叠得到$\mathcal{O}(\sqrt{N})$相位行走迭代。
2021-09-29 quant-ph
Quantum Walks and Electric Networks
我们证明了一个量子行走可以检测到存在的一个标记元素在图中的$O(\sqrt{WR})$步骤的任何初始概率分布的顶点。这里,$W$是图的总权重,并且$R$是有效电阻。这推广了Szegedy的结果,该结果仅适用于初始分布平稳的情况。我们描述了一个时间有效的量子算法3-独特性的基础上,这些想法。
2013-02-13 quant-ph
Complexity analysis of quantum walk based search algorithms
我们提出了几个家庭的图形,允许有效的量子行走的实现和有效的量子行走的搜索算法。对于这些图,我们构建量子线路,明确实现完整的量子行走搜索算法,而不参考“黑匣子”的神谕。这些电路提供了一个实际可实现的方法来探索基于量子漫步的搜索算法,其目的是最终的现实世界的应用。我们还提供了一个数值分析的量子行走为基础的搜索沿着扭曲的环形图的家庭,这需要O($\sqrt{n}$ log($n$))小学2量子比特量子门操作找到一个标记的节点。
2014-08-07 quant-ph
A high-fidelity quantum state transfer algorithm on the complete bipartite graph
高保真度的量子态传输是量子通信和可扩展量子计算的关键。现有的完全二分图上的量子态传输算法都是基于离散时间量子行走搜索算法,在某些情况下存在保真度不高的问题。为了解决这个问题,本文提出了一种基于完全二分图的两阶段量子态传输算法。该算法是通过一个标记顶点的广义Grover行走来实现的。广义Grover walk硬币算子和查询预言机都是参数酉矩阵,可以根据发送者和接收者的位置以及完全二部图的大小灵活设计.我们证明了当发送者和接收者处于完全二部图的同一分区或不同分区时,对于任意可调参数$ε_{1}$和$ε_{2}$,该算法的保真度大于$1-2ε_{1}-ε_{2}-2\sqrt{2}\sqrt{ε_{1}ε_{2}}$或$1-(2+2\sqrt{2})ε_{1}-ε_{2}-(2+2\sqrt{2})\sqrt{ε_{1}ε_{2}}$.该算法提供了一种在任意情况下实现完全二分图上的高保真量子态转移的新方法,为量子信息处理提供了潜在的应用前景。
2023-02-23 quant-ph
Robust Quantum Walk Search Without Knowing the Number of Marked Vertices
基于量子游动的图上标记点搜索已经有了大量的研究,Grover算法可以看作是一种基于量子游动的特殊图上标记点搜索算法。然而,现有的基于量子行走的搜索算法存在严重的“soufflé”问题,即当搜索步数大于正确步数时,找到标记顶点的成功概率会急剧下降甚至为零,从而严重降低了算法的鲁棒性和实用性.令人惊讶的是,虽然Grover算法的蛋奶酥问题已经引起了足够的关注,但如何在一般的基于量子行走的搜索算法中解决这个问题在文献中是缺失的。在这里,我们提出了一个新的基于量子行走的搜索框架,在不牺牲量子加速比的情况下实现鲁棒性,从而开始研究克服基于量子行走的搜索算法的蛋奶酥问题。在此框架下,对于任意可调参数$ε$,只要搜索步数$h$满足$h \geq \ln(\frac{2}{\sqrtε})\sqrt{N} + 1$,量子算法就能以至少$ 1-ε$的概率找到$N$ -顶点{ \it完全二分图}上的标记顶点.注意,算法不需要知道标记顶点的确切数量。从而得到了具有较强鲁棒性和实用性的量子搜索算法。
2022-11-19 quant-ph
Quantized recurrence time in iterated open quantum dynamics
期望返回到原始状态的时间是表征服从经典或量子动力学的系统的关键概念。我们考虑有限维希尔伯特空间中的迭代开放量子动力学系统,这是一个广泛的系统类别,包括经典的马尔可夫链和网络上的酉离散时间量子行走。从纯态开始,通过在每个时间步中重复应用一般量子信道来诱导时间演化,然后进行测量以检测系统是否已经返回到原始状态。我们证明了如果超算子在相关的Hilbert空间(系统探索的Hilbert空间的一部分)中是酉的,那么返回时间的期望值是一个整数,等于这个相关的Hilbert空间的维数。我们说明我们的结果部分相干量子行走有限图。我们的工作将先前已知的双随机马尔可夫链和么正量子游走的预期返回时间的量化联系起来,并表明这些是更一般陈述的特殊情况。因此,期望返回时间是当动力学从某个状态开始时系统可用的希尔伯特空间部分的大小的定量度量。
2014-11-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Perfect state transfer by means of discrete-time quantum walk search algorithms on highly symmetric graphs
利用离散时间量子行走的方法,分析了图的两个标记点之间的完美态转移。我们考虑具有两个标记顶点的量子行走搜索算法,发送者和接收者。通过显式计算表明,对于星形图和具有自环的完全图上的量子游动,对于任意数目的顶点$N$,在游动的$O(\sqrt{N})$步中,可以实现发送者和接收者顶点之间的完美态转移.最后,我们表明,Szegedy的步行查询完全图允许状态转移与单位保真度的限制大$N$。
2016-08-01 quant-ph
Search on a Hypercubic Lattice through a Quantum Random Walk: II. d=2
我们调查的空间搜索问题的二维正方形晶格,使用狄拉克演化算子离散交错格费米子形式主义。$d=2$是空间搜索问题的关键维度,其中演化算子的红外发散导致标度行为中的对数因子。因此,在我们附带的文章\cite{dgt2search}中使用的构造提供了一个$O(\sqrt{N}\log N)$算法,这不是最佳的。如Tulsi \cite{tulsi}提出的,通过巧妙地用辅助量子位控制无质量狄拉克演化算符,标度行为可以改进为$O(\sqrt{N\log N})$。我们重新解释的辅助控制引入的有效质量在标记的顶点,并优化比例常数的缩放行为的算法通过数值调整参数。
2010-10-04 quant-ph
Quantum walk search algorithms and effective resistance
我们考虑的问题,找到一个标记的顶点在一个图中从任意的起始分布,使用量子行走算法。我们的工作在Belovs介绍的框架中,该框架展示了如何在$O(\sqrt{RW})$量子行走步骤中检测标记顶点的存在,其中$R$是有效电阻,$W$是图的总权重。我们的算法输出一个标记的顶点在同一个运行时间的标记顶点的数量的对数因子。当开始在平稳分布,这恢复Ambainis等人的最新结果。我们还描述了一种新的算法来估计有效电阻$R$。
2019-12-09 quant-ph
Establishing the equivalence between Szegedy's and coined quantum walks using the staggered model
Coined Quantum Walks(QW)被用于许多背景下,其目标是理解量子系统并为量子计算机构建量子算法。替代模型,如Szegedy的和连续时间量子阱被提出利用的事实,即量子理论似乎允许不同的量子化版本的基础上相同的经典模型,在这种情况下,经典的随机游走。在这项工作中,我们显示的条件下,创造的量子阱是等价的Szegedy的量子阱。这些量子阱模型有一个共同的大类的实例,在这个意义上,演化算子是平等的,当我们转换的图上的创造量子阱发生到一个二分图上的Szegedy的量子阱发生,反之亦然。我们还表明,抽象的搜索算法,使用杜撰的QW模型可以投到Szegedy的搜索框架,使用二分图与水槽。
2015-11-29 quant-ph
Spatial Search via Memoryless Walk with Selfloop
无记忆量子游走的定义特征是它们在图的顶点空间上操作,因此可以用来产生具有最小内存的搜索算法。我们提出了一个无记忆的行走,可以找到一个唯一的二维网格上的标记顶点。我们的行走是基于Falk提出的构造,它用大小为$2 \times 2$的正方形镶嵌网格。我们的行走使用最少的内存,$O(\sqrt{N \log N})$应用程序的行走操作,并输出标记的顶点消失的错误概率。为了实现这一点,我们将selfloop应用于标记的顶点-这是一种我们从插值行走中改编的技术。我们证明,我们明确选择的selfloop权重,这迫使行动的步行渐近到一个单一的旋转空间。我们刻画了这个空间,结果表明,我们的无记忆行走产生的成功概率渐近接近一个标记的顶点。
2022-04-19 quant-ph
Towards interpretable quantum machine learning via single-photon quantum walks
Universität Innsbruck(因斯布鲁克大学);University of Konstanz(康斯坦茨大学)
提出基于单光子量子行走的变分方法量子化投影模拟,利用量子干涉增强迁移学习能力,并提升决策过程的可解释性。
2023-10-16 cs.AI cs.LG quant-ph
Quantum Fast-Forwarding: Markov Chains and Graph Property Testing
我们介绍了一种新的量子算法工具,称为量子快速转发(QFF)。该工具使用量子行走作为一种手段,以二次快进可逆马尔可夫链。更具体地说,与$P$的马尔可夫链转移矩阵和$D = \sqrt{P\circ P^T}$的判别矩阵($D=P$,如果$P$是对称的),我们构建了一个量子行走算法,对于任何量子态$|v\rangle$和整数$t$返回一个量子态$ε$ -接近状态$D^t|v\rangle/\|D^t|v\rangle\|$。该算法使用$O\Big(\|D^t|v\rangle\|^{-1}\sqrt{t\log(ε\|D^t|v\rangle\|)^{-1}}\Big)$预期的量子行走步骤和$|v\rangle$周围的$O(\|D^t|v\rangle\|^{-1})$预期的反射。这表明量子行走可以加速马尔可夫链的瞬态动力学,补充了证明其极限行为加速的结果。我们表明,这个工具导致随机游走算法在一个非常自然的方式加速。具体来说,我们考虑随机游走算法测试的图形扩展和集群性,并表明,我们可以二次提高依赖的经典属性测试随机游走运行时。此外,我们的量子算法指数地提高了经典测试器的空间复杂度为对数。作为一个子程序的独立利益,我们使用QFF确定是否一对给定的节点位于同一集群或单独的集群。这解决了$s$ - $t$连接性的鲁棒版本,在用于在一组示例中对对象进行分类的学习上下文中相关。不同的算法主要依赖…
2019-01-23 quant-ph
Quantum walk in stochastic environment
本研究提出基于Lindblad主方程的Sinai-Derrida模型量子化版本,发现环形结构下偏置超临界值时出现退局域化转变,相干跳跃会增强有效无序度,且Lindblad谱随相干跃迁速率呈非单调变化。
2023-08-16 cond-mat.stat-mech quant-ph
Non-uniform Mixing of Quantum Walks on the Symmetric Group
本研究针对对称群凯莱图上的量子游走混合问题,利用对称群表示理论分析Szegedy型离散时间量子游走算子的谱,证明其同样不收敛到均匀分布,且该分析技术可推广至其他非交换群。
2023-11-06 math.RT quant-ph
Spatial Search on Johnson Graphs by Discrete-Time Quantum Walk
空间搜索问题的目标是在有限图中使用动态搜索来找到一个有标记的顶点,该问题具有两个约束:(1)步行者没有罗盘,(2)步行者只有到达顶点后才能检查顶点是否有标记.该问题是无序数据库搜索的推广,在算法中有许多应用.解决空间搜索问题的经典算法是基于随机游动的,计算复杂度由命中时间决定。另一方面,量子算法基于量子行走,计算复杂度不仅取决于到达标记顶点的步数,还取决于成功概率,因为我们需要在算法结束时执行测量以确定行走者的位置。在这项工作中,我们解决了空间搜索问题约翰逊图使用杜撰的量子行走模型。由于Johnson图是点传递和距离传递的,我们找到了Hilbert空间的不变子空间,这有助于计算计算复杂度。我们已经证明,对于每个固定的直径,采取$π\sqrt N/(2\sqrt 2)$步骤后的渐近成功概率是$1/2$,其中$N$是Johnson图的顶点数。
2021-12-07 cs.CC math.CO quant-ph
Discrete Randomness in Discrete Time Quantum Walk: Study via Stochastic Averaging
研究了离散二分随机变量对以SU(2)/U(1)陪集元为参数的重排矩阵的影响,研究了经典噪声在整数量子行走中的作用.根据量子统计矩和生成函数的分析,由完全正迹保持(CPTP)地图管理的演变,揭示了一个明显的最终过渡步行的扩散模式,从量子弹道制度的速度为O(t)的经典扩散制度的速度为O(\surdt),当条件(噪声参数的强度)^{2} \times(步骤的数量)=1,得到满足。经典的随机性的作用进行了研究表明,随机量子阱,当处理的随机平均水平上通过适当的CPTP平均映射,原来是相当于一个新的量化的经典行走没有随机性。这一结果强调了经典随机游走中量化/随机化的双重作用。
2012-07-22 math-ph math.MP quant-ph
A Quantum Random Walk Search Algorithm
图上的量子随机游动已经显示出许多有趣的性质,包括与经典同行相比的指数快速命中时间。然而,目前还不清楚如何使用这些新的属性,以获得一个算法的速度超过经典算法。在本文中,我们提出了一个量子搜索算法的基础上的量子随机游走架构,提供了这样的加速。它将被证明,该算法执行Oracle搜索的数据库上的$N$项目与$O(\sqrt{N})$调用的Oracle,产生类似于其他量子搜索算法的速度。看来量子随机游走公式具有相当大的灵活性,为其他可能新颖的量子算法的发展提供了有趣的机会。
2002-10-10 cs.DS quant-ph