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

成功概率与后选择

  • 命题框:$P_1 = \sum_j |\beta_j|^2\cdot C^2/\tilde{\lambda}_j^2$(各分支 $|u_j\rangle|\tilde{\lambda}_j\rangle$ 相互正交,概率直接相加)
  • 推导步骤(逐行):
    1. $\tilde{\lambda}_j \le \lambda_{\max} \Rightarrow C^2/\tilde{\lambda}_j^2 \ge C^2/\lambda_{\max}^2$
    2. 放缩:$P_1 \ge (C^2/\lambda_{\max}^2)\cdot\sum_j |\beta_j|^2 = C^2/\lambda_{\max}^2$(归一化 $\sum_j |\beta_j|^2 = 1$)
    3. 取 $C = \lambda_{\min}$:$P_1 \ge (\lambda_{\min}/\lambda_{\max})^2 = 1/\kappa^2$
    4. 独立重复 $r$ 次:P(至少一次成功) $= 1 - (1-P_1)^r \ge 1 - e^{-r\cdot P_1}$(用 $1 - x \le e^{-x}$)$\Rightarrow$ $r = \lceil\kappa^2\cdot\ln(1/\delta)\rceil$ 即达置信度 $1-\delta$
  • 演算行:$\kappa = 10 \Rightarrow P_1 \ge 1/100 = 1\%$(病态矩阵吃掉加速);$\delta = 5\% \Rightarrow r = 100 \times \ln 20 \approx 100 \times 3.0 = 300$ 次
  • 结果框:朴素重复 $O(\kappa^2)$;振幅放大降至 $O(\kappa)$(代价:整个 HHL 电路须能相干反演执行)——对 $\kappa$ 的依赖始终是多项式级
类型definition-derivation + 演算