量子绝热算法的拓扑障碍:来自MaxCut实例的证据

量子绝热算法通常通过插值哈密顿量的局域谱特性(尤其是最小能隙)进行分析。虽然这一视角捕捉到了绝热运行时的重要约束,但并未完全描述具有简并解流形的优化问题中谱演化的全局结构。该工作表明,即使在绝热算法高概率成功的实例中,简并性本身也会对谱流施加不可避免的全局约束。聚焦于数字化量子绝热演化,研究人员分析了沿插值路径生成的累积酉算符的本征相位。通过显式追踪本征相位轨迹,该团队证明多个谱带在演化结束时合并为简并流形前,被迫发生相互作用、编织和置换。这种全局重排序表现为持续的谱拥塞和非平凡的能带置换,既无法通过增加演化时间也无法通过优化数字化过程消除。以受控简并性的MaxCut实例为具体场景,该研究团队提取了谱拥塞的量化诊断指标,并显式计算了诱导的能带置换。结果表明,成功的绝热优化可以与复杂且受约束的谱流共存,这揭示了一种源于本征态全局连通性(而非局域能隙闭合)的拓扑阻碍。这些发现凸显了基于能隙分析的内在局限性,并为理解简并优化场景中的绝热算法提供了基于谱流诊断的新思路。
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提交arXiv: 2026-01-05 16:35

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