通过稀疏引导特征游走实现多项式时间精确对角化
计算量子基态通常是困难的,但附加的结构有时可以将对角化重新表述为一个更可行的问题。例如,当目标基态在给定基下是稀疏的时,可以通过图搜索来促进对角化。该研究通过引入本征行走问题明确了这种重新表述,该问题通过探索由厄米矩阵非零元素诱导的图,来寻找其稀疏本征向量的支撑集。然而,这些相关的支撑顶点是否必须通过图搜索高效可达并不显然。为解决该问题,该研究证明:对每个稀疏本征向量,存在一个(可能不同的)具有相同特征值的稀疏本征向量,其支撑集在图中是紧致局域的,直径仅与稀疏度呈线性关系,且与总顶点数无关。因此,如果一个 \( 2^n \) 维、\( {\rm poly}(n) \) 稀疏的哈密顿量有一个 \( \mathcal{O}(1) \) 稀疏的极值本征向量,并且已知其中一个支撑元素,那么可以在 \( {\rm poly}(n) \) 时间内经典计算出一个具有相同特征值的精确本征向量。当 \( \mathcal{O}(1) \) 稀疏的本征向量是非极值时,只要它比每个具有不同特征值的本征向量更稀疏,同样结论成立。这些结果对哈密顿量的简并度、局域性、谱宽度或谱间隙不做任何假设,且底层支撑局域化原理也扩展到精确对角化之外的问题,例如稀疏主成分分析。
量科快讯
1 天前
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