广义拉普拉斯算子下的量子搜索

在描述海森堡模型的量子自旋网络中,单个激发可以实现未加权图上的多种连续时间量子行走,包括由离散拉普拉斯矩阵、邻接矩阵和无符号拉普拉斯矩阵控制的行走。本文证明,海森堡模型不仅能在带符号加权图上实现这三种量子行走,还能实现一种广义拉普拉斯量子行走——该矩阵等同于离散拉普拉斯矩阵加上实数倍数的度矩阵,而标准拉普拉斯矩阵、邻接矩阵和无符号拉普拉斯矩阵均为其特例。该研究团队通过探索加权杠铃图(由两个等规模未加权团通过单条带符号加权边或桥连接构成)搜索问题,揭示了这种广义拉普拉斯量子行走的算法意义,其中搜索预言机表现为自旋网络中的外部磁场。研究证实存在两种桥权重(具体表现为双正、双负或一正一负,取决于度矩阵倍数)能使振幅实现跨团传输——标准拉普拉斯和无符号拉普拉斯情况例外,它们分别仅需单一负权重或正权重桥——将成功概率从0.5提升至0.820或0.843。更值得注意的是,其中一种权重可实现两阶段算法,将成功概率进一步提升至0.996。

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