经典非线性动力学噪声的量子模拟

该研究团队探讨了如何用量子计算机模拟具有N≫1自由度的经典非线性耗散系统动力学问题。为使问题具有量子计算可行性,研究人员在运动方程和初始状态中引入了弱高斯噪声。核心成果是提出了一种端到端量子算法,可用于模拟满足特定稀疏性和无散度条件的非线性系统噪声动力学。在任意恒定非零噪声率下,该量子算法的时间复杂度与log(N)、演化时间、误差容限倒数、非线性与耗散的相对强度呈多项式关系。关键技术工具是描述噪声平均解标量函数时间演化的柯尔莫戈洛夫偏微分方程。为实现高效量子模拟,该工作将柯尔莫戈洛夫方程投影到低阶多项式空间,并推导出具有独立价值的近似误差严格上界。最后,研究人员证明该模拟问题具有BQP完全性,其难度与模拟通用量子计算机相当。通过数值模拟两个典型非线性系统(非谐振荡器和二维纳维-斯托克斯方程),验证了该算法的有效性。

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