许多哈密顿量是可稀疏化的
该团队研究了哈密顿量稀疏化问题:给定参数ε∈(0,1)和一个由r-局域正半定(PSD)项H₁,…,Hₘ构成的n量子比特哈密顿量H,目标是计算一个稀疏子集L⊆[m]及其权重w:L→ℝ≥₀,使得对任意态|ψ⟩∈ℂ²ⁿ,满足∑_{i∈L} w(i)·⟨ψ|H_i|ψ⟩ ∈ (1±ε)·∑_{i=1}^m ⟨ψ|H_i|ψ⟩。当集合L远小于m时,该方法可在保证系统行为基本不变的前提下减少底层系统的项数。令人惊讶的是,尽管该近似条件要求严格,该团队仍证明许多哈密顿量确实可稀疏化至远小于nʳ的项数,包括:(a) 每个项均为r-局域泡利串的哈密顿量;(b) 每个项均为秩为R(R≥2ʳ⁻¹+1)的r-局域随机算子的哈密顿量;(c) 每个项均为秩≥2ʳ⁻¹的任意r-局域算子的哈密顿量(即量子SAT问题)。
综合来看,研究人员的成果表明哈密顿量的可稀疏性是一种稳健现象,这与主流观点相悖(例如参见Aharonov-Zhou ITCS 2019, QIP 2019)。该研究结果具有实际应用价值,例如可改进量子Max-Cut的(半)流式算法,回答了Kallaugher和Parekh在FOCS 2022中遗留的问题。事实上,该工作甚至系统性地证明了量子系统往往比经典系统更易稀疏化。
量科快讯
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