为张量网络与量子态编码函数实现高效上采样

张量链(TT)与量子态均为网格结构数据提供压缩表示,且具有指数级压缩潜力。本工作提出了一个统一框架,用于对编码在向量振幅中的数据进行上采样,并在经典TT与量子设置中均实现了高效实现。该方法从粗糙网格(含 \(2^n\) 个点)上的 \(n\) 核TT或 \(n\) 量子比特态出发,构建出精细网格(含 \(2^{n+m}\) 个点)上的 \((n+m)\) 核TT或 \((n+m)\) 量子比特态。在TT设置中,该框架通过高效低秩收缩支持插值、拟插值、增广与综合,新增的 \(m\) 个核保持恒定秩。对于函数值编码,所得插值满足与新增网格点数无关的 \(\ell^2\) 误差界,在固定精度下实现指数级压缩,且复杂度随网格点数呈对数增长。在量子设置中,精细态通过大小为 \(\mathrm{poly}(n,m)\) 的电路制备,仅需 \(\log(p+1)\) 个辅助量子比特,其中 \(p\) 控制拟插值的光滑度;相应误差与初始网格间距成二次方关系。该团队在一维、二维和三维示例(包括函数、导数、翼型掩码以及三维湍流等合成随机场)上验证了该张量网络框架。特别地,分形场可直接在TT格式下生成,且内存与运行时间均为对数级。这些结果为基于张量网络和量子平台的多尺度求解器、生成模型及几何感知算法开辟了实用路径,在科学模拟、成像和实时图形领域具有潜在应用价值。

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提交arXiv: 2026-01-07 12:54

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