- 命题框:S = Σₖ αₖUₖ(αₖ ≥ 0),λ = ‖α‖₁ = Σₖαₖ ≥ ‖S‖;PREP|0⟩ = (1/√λ)Σₖ√αₖ|k⟩;SELECT = Σₖ|k⟩⟨k|⊗Uₖ;W = (PREP†⊗I)·SELECT·(PREP⊗I)
- 推导步骤(LCU 引理三步展开,逐行):
1. PREP:PREP|0⟩|ψ⟩ = (1/√λ)Σₖ√αₖ|k⟩|ψ⟩(归一化验证:振幅平方和 Σαₖ/λ = 1 ✓)
2. SELECT:按基矢分支作用 → (1/√λ)Σₖ√αₖ|k⟩·Uₖ|ψ⟩
3. PREP†:用 ⟨0|PREP† = ⟨A| = (1/√λ)Σₖ√αₖ⟨k|,辅助投影到 |0⟩ 的分量 = (1/λ)ΣₖαₖUₖ|ψ⟩ = S|ψ⟩/λ
4. 汇总:W|0⟩|ψ⟩ = (1/λ)|0⟩S|ψ⟩ + |⊥⟩ ⇒ 后选择成功概率 P = ‖S|ψ⟩‖²/λ²
- 演算(两个真实系统,Taylor 截断 LCU):
- 横场 Ising(J = h = 1,n = 10):L = 2n = 20 个泡利字符串项,λ = n(J+h) = 20;t = 0.1 时系数一范数 μ_tot ≤ e^{λt} = e^{20×0.1} = e² ≈ 7.4 → 振幅放大后约 8 次调用(直接重复约 7.4² ≈ 55 次)
- H₂ 分子(STO-3G + Jordan–Wigner):L = 8 项,λ ≈ 3.5 哈特里;t = 1 → μ_tot ≤ e^{3.5} ≈ 33 → 振幅放大后约 33 次调用
- 结果框:直接重复 O(λ²) vs 振幅放大 O(λ);等价说法——W 是 S 的 (λ, mₐ, 0)-块编码;本质局限:Taylor 截断 LCU 只能实现酉目标