第 17 课 · 量子信号处理——多项式变换与相位因子 · 模块三:现代算法体系

目标多项式:三大应用

  • 卡 1(哈密顿量模拟):$P(x) \approx e^{-i\tau x}$,$\tau = \alpha t$(LCU 情形 $\alpha = \lambda = \lVert\alpha\rVert_1$);演算:$\lambda = 10$、$t = 10$ $\Rightarrow$ $\tau = \lambda t = 100$(次数第 10 页算);端点 $|P(\pm 1)| = 1$ 自动合规
  • 卡 2(矩阵求逆):$P(x) \approx 1/(\kappa x)$,定义域 $x \in [1/\kappa, 1]$;演算:$\kappa = 100$ $\Rightarrow$ 定义域 $[0.01, 1]$,且 $|x| < 1/\kappa$ 处截断为 $\kappa\cdot\mathrm{sign}(x)$ 再乘 $1/\kappa$ 归一化保证 $|P| \le 1$;端点不合规 $\Rightarrow$ QSVT 双投影子
  • 卡 3(量子搜索):峰形 $P$——目标信号附近 $\approx 1$、其余 $\approx 0$;演算:$N = 100$ $\Rightarrow$ $\cos\theta = 1 - 2/N = 0.98$ $\Rightarrow$ $\theta = \arccos 0.98 \approx 0.2003$ rad,振幅放大计数 $d \approx (\pi/4)\cdot\sqrt{N} = (\pi/4)\cdot 10 \approx 7.85$ $\Rightarrow$ 约 8 次旋转
  • 工艺行(奇偶拆分):$e^{-i\tau x} = \cos(\tau x) - i\cdot\sin(\tau x)$——偶部、奇部各配一条奇偶性相符的 QSP 序列,再用一个附加辅助比特线性组合,代价只增加常数因子
  • 预告行:多项式到手,$\Phi$ 从哪来——Haah 代数法 $O(d^2)$ / 迭代优化 / 直接构造(要 $T_d$ 时全零相位即可)三条路,下半场展开
类型formula-card $\times 3$(每卡附一行演算)