高维反应速率的亚线性时间量子算法

福克-普朗克方程虽能跨学科模拟稀有事件,但其高维特性对经典计算机构成挑战。针对此类非幺正动力学的量子算法常面临成功概率指数衰减的困境。该研究团队提出一种计算反应速率的新型量子算法,通过平方和表示法构建哈密顿模拟的高斯线性组合(Gaussian-LCHS),仅需对其块编码进行O(t‖H‖log(1/ϵ)√)次查询即可实现非幺正传播子的表达。关键突破在于结合了直接估算矩阵元素的新技术,从而规避指数衰减问题。对于每自由度采用N个平面波离散化的η个相互作用粒子体系,该工作以O˜((η5/2tβ‾‾√αV+η3/2t/β‾√N)/ϵ)量子门复杂度实现反应通量估算(误差ϵ),其中αV=maxr|V′(r)/r|。在非凸势场中,模拟相关过阻尼朗之万方程的最严格经典解析复杂度上限为O(teΩ(η)/ϵ4),这意味着该算法在粒子数η上实现指数级优势、在精度ϵ上获得四次方加速、在时间t上取得二次方加速。尽管实践中专用经典启发式方法可能突破这些理论界限,但该成果为高维耗散动力学的量子优势提供了严格实现路径。

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提交arXiv: 2026-01-21 23:20

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