一种基于对称化热传导系统的量子算法

作     者：魏世杰 魏超 吕鹏 邵长鹏 高攀 周增荣 李可仁 辛涛 龙桂鲁 Shi-Jie Wei;Chao Wei;Peng Lv;Changpeng Shao;Pan Gao;Zengrong Zhou;Keren Li;Tao Xin;Gui-Lu Long

作者机构：Beijing Academy of Quantum Information SciencesBeijing 100193China Shenzhen Institute for Quantum Science and Engineering and Department of PhysicsSouthern University of Science and TechnologyShenzhen 518055China Guangdong Provincial Key Laboratory of Quantum Science and EngineeringSouthern University of Science and TechnologyShenzhen 518055China State Key Laboratory of Low-Dimensional Quantum Physics and Department of PhysicsTsinghua UniversityBeijing 100084China School of MathematicsFry BuildingUniversity of BristolBristol BS81UGUK Peng Cheng LaboratoryShenzhen 518055China Beijing National Research Center for Information Science and Technology and School of InformationTsinghua UniversityBeijing 100084China Frontier Science Center for Quantum InformationBeijing 100084China 

基　　金：the National Natural Science Foundation of China(12005015) support from the National Natural Science Foundation of China(11974205) the National Key Research and Development Program of China(2017YFA0303700) the Key Research and Development Program of Guangdong Province(2018B030325002) Beijing Advanced Innovation Center for Future Chip(ICFC) the National Natural Science Foundation of China(12275117 and 11905099) Guangdong Basic and Applied Basic Research Foundation(2022B1515020074 and 2019A1515011383) Shenzhen Science and Technology Program(KQTD20200820113010023) Guangdong Provincial Key Laboratory(2019B121203002) the National Natural Science Foundation of China(11905111) 

出 版 物：《Science Bulletin》 (科学通报（英文版）)

年 卷 期：2023年第68卷第5期

页      码：494-502,M0004页

摘      要：由非平衡驱动的热传导通过物理接触传递内部的热能.描述热传导的数学方程是一个典型的偏微分方程.它广泛存在于各种工程问题中,例如粒子扩散、航天器设计和稀释制冷机运行.本文提出了一种显著优于经典算法的热传导量子算法,并在量子硬件上演示了热传导过程.作者通过一个辅助量子比特构造的对称系统来表示原始热传导系统,使得量子线路的复杂度减少到离散格点数量的对数多项式量级.与现有的基于Harrow-Hassidim-Lloyd的线性方程算法相比,本文的方法直接演化线性过程,不进行相位估计,避免相位估计涉及复杂的量子门操作和较大的输出误差,便于在目前的量子硬件实现,显示了该算法是实验友好特性.并且,作者在核自旋量子处理器上实现了两端恒温和绝热条件的一维热传导过程,温度的时空分布与理论预言很好的吻合.该算法可以自然地应用于可归约为热方程的物理过程.

主 题 词：量子算法 相位估计 偏微分方程 对称系统 物理过程 线性过程 热传导 绝热条件 

学科分类：07[理学] 070201[070201] 0701[理学-数学类] 0702[理学-物理学类] 

核心收录：

D　O　I：10.1016/j.scib.2023.02.016

馆 藏 号：203118564...