用于求解时变麦克斯韦方程的量子奇异值变换

该研究团队提出了一种基于量子奇异值变换(QSVT)的量子算法,用于求解形如𝐀∂𝐟/∂𝐱=𝐁𝐱的线性方程组系统。该算法采用矩阵A的块编码技术,对反函数f(x)=1/x进行21次多项式近似,仅需9个量子比特(含两个辅助比特)即可实现较浅的量子电路,对应128个网格点的计算规模。研究团队使用Adagrad梯度优化方法对QSVT电路相位角进行了100次经典优化以最小化解成本。通过在PennyLane平台仿真,该方法成功求解了自由空间麦克斯韦方程组的单维基准案例——以高斯脉冲作为初始条件时,量子计算解与归一化经典解的保真度超过99.9%。结果表明,在具备完整量子态访问权限的模拟器上,基于QSVT的线性求解器具有显著潜力。但实际硬件应用面临重大挑战:由于无法获取完整量子态,该技术目前仅适用于需要O(poly(n))观测量的场景。这些发现既揭示了QSVT等量子算法求解线性方程组的应用前景,也凸显了开发适用于近量子设备的测量高效算法的迫切需求。

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