备受期待的量子计算机的使用是模拟复杂的量子系统,包括分子和其他多体系统。一种有前途的方法涉及直接应用Uni-taries(LCU)的线性组合,以通过在一定序后截断来近似泰勒级数。在这里,我们提出了该方法的适应,该方法针对具有广泛变化的术语的哈密顿人优化,就像电子结构计算中一样。我们表明,使用由迭代过程确定的较大的幅度项使用较大的幅度项,将LCU应用更为有效。我们在这种广义的截短的泰勒方法的模拟误差上构成了界限,并且对于一系列分子模拟,我们报告了这些界限以及确切的数值结果。我们发现,对于给定的电路深度,我们的自适应方法通常可以通过数量级提高模拟精度。
b'我们提出了一系列量子算法,用于计算各种量子熵和距离,包括冯·诺依曼熵、量子 R\xc2\xb4enyi 熵、迹距离和 \xef\xac\x81delity。所提出的算法在低秩情况下的表现明显优于最知名的(甚至是量子的)算法,其中一些算法实现了指数级加速。特别是,对于秩为 r 的 N 维量子态,我们提出的用于计算冯·诺依曼熵、迹距离和 \xef\xac\x81delity(加性误差 \xce\xb5 内)的量子算法的时间复杂度为 \xcb\x9c O r 2 /\xce\xb5 2 、 \xcb\x9c O r 5 /\xce\xb5 6 和 \xcb\x9c O r 6 。 5 /\xce\xb5 7 . 5 1 。相比之下,已知的冯·诺依曼熵和迹距离算法需要量子时间复杂度为 \xe2\x84\xa6( N ) [AISW19,GL20,GHS21],而最著名的 \xef\xac\x81delity 算法需要 \xcb\x9c O r 21 . 5 /\xce\xb5 23 . 5 [WZC + 21]。我们的量子算法的关键思想是将块编码从先前工作中的幺正算子扩展到量子态(即密度算子)。它是通过开发几种方便的技术来操纵量子态并从中提取信息来实现的。特别是,我们基于强大的量子奇异值变换(QSVT)[GSLW19],引入了一种用于密度算子及其(非整数)正幂的特征值变换的新技术。我们的技术相对于现有方法的优势在于,不需要对密度算子进行任何限制;与之形成鲜明对比的是,以前的方法通常需要密度算子的最小非零特征值的下限。此外,我们还提供了一些独立感兴趣的技术,用于(次规范化)密度算子的迹估计、线性组合和特征值阈值投影仪,我们相信这些技术在其他量子算法中会很有用。'