第 16 课 · 块编码——SELECT/PREPARE 与三种构造 · 模块三:现代算法体系

四大应用:一个接口通吃

  • 管线卡(四张,公式为主):
    • QSVT-HHL:$P(x) \approx 1/(\kappa x)$($x \in [1/\kappa, 1]$,$|P| \le 1$,次数 $O(\kappa\cdot\log(\kappa/\varepsilon))$)→ 作用于 $|b\rangle$ 得 $\propto A^{-1}|b\rangle$(振幅放大补足)→ 测 $\langle x|M|x\rangle$;门数 $O(\kappa\cdot\log(\kappa/\varepsilon)\cdot C_{U_A})$——对 $\kappa$ 线性,优于原始 HHL 的 $O(\kappa^2)$
    • 哈密顿量模拟:$H = \sum_k \alpha_k H_k$ 的 LCU 编码 $\lambda = \sum_k|\alpha_k|$,单次调用 $O(L\cdot n + C_{\mathrm{PREP}})$;逼近 $x \mapsto e^{-i\lambda t x}$,次数 $O(\lambda t + \log(1/\varepsilon))$;更紧编码 $\alpha \approx \lVert H\rVert$ 时降为 $O(\alpha t + \log(1/\varepsilon))$
    • Gibbs 态:目标 $\rho_\beta = e^{-\beta H}/Z$;QSVT 实现 $e^{-\beta H/2}$,次数 $O(\beta\alpha + \log(1/\varepsilon))$;作用到最大混合态/均匀叠加态后选择
    • 奇异值阈值:$A_\tau = \sum_{\sigma_j\ge\tau} \sigma_j|u_j\rangle\langle v_j|$;逼近 $f(x) = x\cdot 1(x \ge \tau)$($x = \tau$ 附近 $O(\tau)$ 宽平滑),次数 $O((1/\tau)\cdot\log(1/\varepsilon))$,记 $\kappa = 1/\tau$ 即 $O(\kappa\cdot\log(1/\varepsilon))$
  • 演算行($\kappa = 10^2$ 续第 11 页):HHL 门数 $\approx 1150\cdot C_{U_A}$,原始 HHL $O(\kappa^2) = 10^4$——同一 $C_{U_A}$ 下近一个数量级的差距来自对 $\kappa$ 的线性依赖
类型formula-card(四条应用管线,各带目标函数与次数)