量子计算机的一个候选应用是模拟量子系统的低温特性。对于这项任务,有一种经过深入研究的量子算法,它对与低能态有不可忽略重叠的初始试验状态进行量子相位估计。然而,众所周知,很难从理论上保证这种试验状态能够有效地准备。此外,目前可用的启发式建议,例如绝热状态准备,在实际情况中似乎不够充分。本文表明,对于大多数随机稀疏汉密尔顿量,最大混合状态是一个足够好的试验状态,相位估计可以有效地准备能量任意接近基能的状态。此外,任何低能状态都必须具有不可忽略的量子电路复杂性,这表明低能状态在经典上是非平凡的,相位估计是准备此类状态的最佳方法(最多多项式因子)。这些陈述适用于两种随机汉密尔顿量模型:(i) 随机带符号泡利弦的总和和 (ii) 随机带符号 d -稀疏汉密尔顿量。主要技术论据基于非渐近随机矩阵理论中的一些新结果。特别是,需要对谱密度进行精细的集中界定,以获得这些随机汉密尔顿量的复杂性保证。
主要关键词