离散状态空间中输运动力学的量子预测

该研究提出了一种基于量子门的算法,用于离散化位置-速度状态空间中福克-普朗克方程的贝叶斯状态预测步骤。该算法将概率密度编码为量子态的振幅,实现了高维分布的紧凑表示。通过利用有限差分算子的循环结构,该工作采用量子傅里叶变换和相位旋转在谱域实现演化过程。关键突破在于漂移项可在振幅空间精确实现,从而准确复现经典输运动力学。然而由于概率密度与波函数间的非线性关系,扩散项无法在振幅空间获得线性表示。为此研究人员引入基于维克旋转的酉替代方案,将扩散转化为色散相位演化,最终实现可在量子门计算机上高效运行的完全酉传播。数值模拟显示该方法在不同场景下与福克-普朗克方程精确解高度吻合。该方案展现了量子计算在贝叶斯状态估计中的应用潜力——其可表示的状态空间随量子比特数呈指数增长,能够高效处理经典硬件需复杂张量分解才能表达的概率密度传播问题,因此有望成为高维滤波问题的突破性解决方案。
作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2026-04-27 08:18

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