第 19 课 · 前沿应用——GQSP-QETU、LCHS 与薛定谔化 · 模块三:现代算法体系

薛定谔化:加一个维度,换一个幺正

  • 命题框(标准形式与正性):$A = H_+ + iH_-$,$H_+ = (A+A^\dagger)/2$、$H_- = (A-A^\dagger)/2i$ 均 Hermitian(验证 $H_+^\dagger = (A^\dagger+A)/2 = H_+$ ✓);要求 $H_+ \succeq 0$,不满足则移位 $u = e^{ct}v$、$c \ge -\lambda_{\min}(H_+)$
  • 推导步骤(缠绕相位变换,逐行):
    1. 目标解形:$v(t,p) = e^{-p}\cdot u(t)$($p > 0$)$\Rightarrow$ 读出 $u = e^p\cdot v$(任意 $p > 0$)或 $u = \int_0^\infty v\,dp$(由 $\int_0^\infty e^{-p}dp = 1$ ✓)
    2. 关键恒等式:$e^{-p} = -\partial_p e^{-p}$,即目标形满足 $v = -\partial_p v$
    3. 把 $u = e^p\cdot v$ 代入 $\dot{u} = -(H_++iH_-)u$,再把第一项的 $v$ 替换为 $-\partial_p v$:得输运方程 $\partial_t v = H_+\partial_p v - iH_- v$,初值偶延拓 $e^{-|p|}u_0$
    4. 验证:$p > 0$ 时 $\partial_p v = -v$,右端 $= -(H_++iH_-)v = e^{-p}\dot{u}(t) = \partial_t v$ ✓
    5. 特征线方向:$\partial_t v = \lambda\partial_p v$($\lambda \ge 0$)的通解是 $v(0, p+\lambda t)$——信息只向负 $p$ 方向传播,负半轴初值不影响读取
    6. 傅里叶变换($\partial_p$ → $i\eta$):$i\partial_t\hat{v} = (H_- - \eta H_+)\hat{v}$,对每个实 $\eta$ 都是幺正演化;算符形式 $i\partial_t v = \hat{H}v$,$\hat{H} = H_-\otimes I - H_+\otimes\hat{p}$——两个 Hermitian 算符的张量组合,自动 Hermitian
  • 演算(初态傅里叶谱正是 Cauchy 核):$\hat{v}(0,\eta) = 2u_0/(1+\eta^2)$;$\eta = 0$ → 2;$\eta = 1$ → 1;$\eta = 3$ → 0.2(与 LCHS 的 LCU 权重同一函数)
  • 结果框:薛定谔化 = 引入辅助变量 $p$,把非 Hermitian 系统嵌入自动 Hermitian 的更大系统;耗散信息藏在初态谱与生成元的解析结构里
类型definition-derivation