无需块编码的厄米矩阵函数合成

在量子硬件上实现厄米矩阵的任意函数是量子计算的基础任务,对精确哈密顿量模拟、量子线性方程组求解、高保真态制备、机器学习核函数以及其他高级“Quantum Algorithm”至关重要。现有最先进技术如“Qubitization”、“Quantum Singular Value Transformation”(QSVT)和“Quantum Signal Processing”(QSP)都高度依赖厄米矩阵的分块编码。这些方法常受限于分块编码态制备的复杂性、所需辅助量子比特的开销,或多项式相位因子角度合成的难题,从而制约了可实现电路深度与整体效率。该工作提出了一种基于“Generalized Quantum Signal Processing”(GQSP)框架的资源高效新方法,通过将目标厄米矩阵表示为酉共轭的对称组合,利用GQSP电路对每个酉分量进行多项式合成,从而规避分块编码需求。研究人员推导了对称多项式展开的闭式表达式,并证明GQSP电路的线性组合可实现目标变换。该方法降低了资源开销,为厄米矩阵函数的“Quantum Algorithm”设计开辟了新路径。
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提交arXiv: 2025-12-20 07:22

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