第 21 课 · HHL 与量子线性求解器——从相位估计到 QSVT 的五代演进 · 模块四:应用与前沿专题

算法五步流程

  • 命题框:寄存器 B($n = \lceil\log_2 N\rceil$ 比特,载 $b$ 与 $x$)、C($m$ 比特,时钟)、辅助比特(1 个);取 $t \le 2\pi/\lambda_{\max}$ $\Rightarrow$ 相位 $\phi_j = \lambda_j\cdot t/2\pi \in [0, 1)$
  • 状态链(五行,每行写出该步之后的完整态):
    1. 初始化:$|b\rangle_B |0\rangle_C |0\rangle_{\mathrm{aux}}$
    2. QPE:$\sum_j \beta_j|u_j\rangle_B |\tilde{\lambda}_j\rangle_C |0\rangle_{\mathrm{aux}}$(时钟存 $\mathrm{round}(2^m\cdot\phi_j)$ 的二进制)
    3. 受控旋转:$\sum_j \beta_j|u_j\rangle|\tilde{\lambda}_j\rangle(\sqrt{1 - C^2/\tilde{\lambda}_j^2}\cdot|0\rangle + C/\tilde{\lambda}_j\cdot|1\rangle)_{\mathrm{aux}}$
    4. 逆 QPE:$\sum_j \beta_j|u_j\rangle_B |0\rangle_C (\sqrt{1 - C^2/\tilde{\lambda}_j^2}\cdot|0\rangle + C/\tilde{\lambda}_j\cdot|1\rangle)_{\mathrm{aux}}$
    5. 测辅助比特:得 $|1\rangle$(概率 $P_1$)⇓ $|x\rangle \propto \sum_j (\beta_j/\tilde{\lambda}_j)|u_j\rangle$
  • 参数卡:换算 $\tilde{\lambda}_j = (2\pi/(t\cdot2^m))\cdot\mathrm{round}(2^m\cdot\phi_j)$,误差 $|\tilde{\lambda}_j - \lambda_j| \le \pi/(t\cdot2^m)$(半个最小刻度);时钟比特 $m = O(\log(\kappa^2/\varepsilon))$
  • 结果框:第 2 步读特征值、第 3 步写倒数、第 4 步解纠缠——五步各自只做一件"态写得出来"的线性操作
类型definition-derivation(以流程泳道呈现:五步状态链逐行推导)