实现自动化非计算的第一步是能够合成伴随函数。给定一个代码单元 𝑓 ,伴随单元 𝑓 † 反向执行计算。它是通过反复应用线性代数恒等式 ( 𝑓 ; 𝑔 ) † = 𝑔 †; 𝑓 † 获得的。图 1 显示了一个示例。在那里我们还看到了模式 𝑔 ; 𝑓 ; 𝑔 †,称为共轭,其中 𝑔 计算一些变量,𝑓 使用它们,最后 𝑔 † 取消对它们的计算。量子编程框架通常支持自动共轭:程序员指定 𝑔 和 𝑓 ,框架自动合成伴随 𝑔 † 并在正确的位置调用它。 Qiskit [ Aleksandrowicz et al . 2019 ]、Quipper [ Green et al . 2013 ]、Qwire [ Paykin et al . 2017 ]、Q# [ Microsoft 2020 ]、Tower [ Yuan and Carbin 2022 ] 和 Qunity [ Voichick et al . 2023 ] 均支持伴随合成和自动共轭。然而,这还不够,主要有两个原因:
时间相关哈密顿量下的幺正演化是量子硬件模拟的关键组成部分。相应的量子电路的合成通常通过将演化分解为小的时间步骤来完成,这也称为 Trotter 化,这会导致电路的深度随步骤数而变化。当电路元件限制为 SU (4) 的子集时 — — 或者等效地,当哈密顿量可以映射到自由费米子模型上时 — — 存在几个可以组合和简化电路的恒等式。基于此,我们提出了一种算法,该算法使用相邻电路元件之间的代数关系将 Trotter 步骤压缩为单个量子门块。这会导致某些类哈密顿量的固定深度时间演化。我们明确展示了该算法如何适用于几种自旋模型,并展示了其在横向场 Ising 模型的绝热态制备中的应用。
摘要。我们证明,经典随机变量或随机场的量子分解是一种非常普遍的现象,仅涉及希尔伯特空间的递增过滤和一族使过滤增加 1 的厄米算子。定义这些厄米算子的量子分解的创建、湮灭和保存算子(CAP 算子)满足对换关系,该对换关系概括了通常的量子力学关系。实际上,对换关系有两种类型(I 型和 II 型)。在 I 型对换关系中,对换子由算子值半线性形式给出。当此算子值半线性形式为标量值(恒等式的倍数)时,非相对论自由玻色场的特征为相关对换关系简化为海森堡对换关系。到目前为止,II 类对易关系尚未出现,因为当随机场的概率分布为乘积测度时,它们完全满足。从这个意义上讲,它们编码了有关随机场自相互作用的信息。
摘要 众所周知,量子态的 Wigner 函数可以取负值,因此它不能被视为真正的概率密度。在本文中,我们研究了在相空间中寻找扩展到负 Wigner 函数的熵类函数的难度,然后主张定义与任何 Wigner 函数相关的复值熵的优点。这个量,我们称之为复 Wigner 熵,是通过在复平面上对 Wigner 函数的 Shannon 微分熵的解析延拓来定义的。我们表明,复 Wigner 熵具有有趣的特性,特别是它的实部和虚部在高斯幺正(相空间中的位移、旋转和压缩)下都是不变的。当考虑高斯卷积下 Wigner 函数的演化时,它的实部在物理上是相关的,而它的虚部仅与 Wigner 函数的负体积成正比。最后,我们定义任何维格纳函数的复值费希尔信息,当状态经历高斯加性噪声时,它与复维格纳熵的时间导数相关联(通过扩展的德布鲁因恒等式)。总的来说,预计复平面将为分析相空间中准概率分布的熵特性提供一个适当的框架。
详细课程大纲 第一单元:变换微积分拉普拉斯变换:拉普拉斯变换、性质、逆、卷积、用拉普拉斯变换求某些特殊积分、初值问题的解。傅里叶级数:周期函数、函数的傅里叶级数表示、半程级数、正弦和余弦级数、傅里叶积分公式、帕塞瓦尔恒等式。傅里叶变换:傅里叶变换、傅里叶正弦和余弦变换。线性、缩放、频移和时移性质。傅里叶变换的自互易性、卷积定理。应用于边界值问题。第二单元:数值方法近似和舍入误差、截断误差和泰勒级数。插值 - 牛顿前向、后向、拉格朗日除差。数值积分 - 梯形、辛普森 1/3。通过二分法、迭代法、牛顿-拉夫森法、雷古拉-法尔西法确定多项式和超越方程的根。通过高斯消元法和高斯-西德尔迭代法求解线性联立线性代数方程。曲线拟合-线性和非线性回归分析。通过欧拉法、修正欧拉法、龙格-库塔法和预测-校正法求解初值问题。
量子信息和量子多体物理学的一个特别有趣的接口是研究量子电路,它代表量子粒子或材料物理学中系统的(幺正)时间演化。这些电路最基本的形式是“砖墙”电路,其属性由代表墙上一块砖的 2 量子比特门的选择决定。这种类型的研究通常选择两种极端选择之一:要么假设随机选择 2 量子比特幺正([ 1 ] 及其参考文献),要么相反,选择一个结构化的 2 量子比特门,从而对幺正砖墙 (UBW) 电路进行一定程度的分析控制。事实上,如果将 2 量子比特门选为满足杨-巴克斯特恒等式的所谓 R 矩阵,则可以安排相应的 UBW 电路,使其作为算子与大量守恒电荷进行交换。请参阅 [ 2 – 4 ],其中提出并分析了此过程;[ 5 – 7 ],其中研究了此类电路以及与“可积 trotterization”相关的一系列物理现象。参考文献 [ 8 ] 特别将这些想法应用于 XXX 可积自旋 1/2 海森堡磁体的 R 矩阵,并分析了其守恒电荷,包括解析分析和量子计算硬件上的实现。我们指出了利用类似概念的其他实验 [ 9 , 10 ]。
课程内容: 单元 1:拉普拉斯变换 [09 小时] 定义 – 存在条件;基本函数的变换;拉普拉斯变换的性质 – 线性性质、一阶移位性质、二阶移位性质、函数乘以 tn 的变换、尺度变化性质、函数除以 t 的变换、函数积分的变换、导数的变换;利用拉普拉斯变换求积分;一些特殊函数的变换 – 周期函数、海维赛德单位阶跃函数、狄拉克函数。 单元 2:逆拉普拉斯变换 [09 小时] 简介;一些基本函数的逆变换;求逆变换的一般方法;求逆拉普拉斯变换的部分分式法和卷积定理;用于求常系数线性微分方程和联立线性微分方程的解的应用 单元 3:傅里叶变换 [09 小时] 定义 – 积分变换;傅里叶积分定理(无证明);傅里叶正弦和余弦积分;傅里叶积分的复数形式;傅里叶正弦和余弦变换;傅里叶变换的性质;傅里叶变换的帕塞瓦尔恒等式。 第四单元:偏微分方程及其应用 [09 小时] 通过消除任意常数和函数形成偏微分方程;可通过直接积分解的方程;一阶线性方程(拉格朗日线性方程);变量分离法 - 用于寻找一维热流方程的解
傅里叶积分定理 – 傅里叶变换对-正弦和余弦变换 – 性质 – 基本函数变换 – 卷积定理 – 帕塞瓦尔恒等式。第三单元偏微分方程 9+3 形成 – 一阶方程的解 – 标准类型和可简化为标准类型的方程 – 奇异解 – 拉格朗日线性方程 – 通过给定曲线的积分曲面 – 具有常数系数的高阶线性方程的解。第四单元偏微分方程的应用 9+3 变量分离法 – 一维波动方程和一维热方程的解 – 二维热方程的稳态解 – 笛卡尔坐标中的傅里叶级数解。第六单元 Z – 变换和差分方程 9+3 Z 变换 – 基本性质 – 逆 Z 变换 – 卷积定理 – 初值和终值定理 – 差分方程的形成 – 使用 Z 变换求解差分方程。L:45,T:15,总计:60 节课 教科书 1.Grewal,B.S.“高等工程数学”,Khanna Publications(2007) 参考文献 1.Glyn James,“高级现代工程数学”,Pearson Education(2007) 2.Ramana,B.V. “高等工程数学”Tata McGraw Hill(2007)。3.Bali, N.P.和 Manish Goyal,“工程教科书第 7 版 (2007) Lakshmi Publications (P) Limited,新德里。
MTEC101 工程师高等数学 单元 1 傅里叶变换 - 简介、傅里叶积分定理、傅里叶正弦和余弦积分、傅里叶积分的复数形式、傅里叶变换、逆傅里叶变换、性质、调制定理、傅里叶变换的卷积定理、帕塞瓦尔恒等式、函数导数的傅里叶变换、傅里叶与拉普拉斯变换之间的关系。 单元 2 Z 变换 - 简介、Z 变换的性质、逆 Z 变换的求值。 单元 3 矩阵和线性方程组 - 通过高斯消元法及其改进法解线性联立方程、Crout 三角化方法、迭代方法 - 雅可宾方法、高斯-赛达尔方法、通过迭代确定特征值。单元 4 保角映射-保角映射、线性变换、双线性变换、施瓦茨-克里斯托费尔变换。单元 5 变分法-欧拉-拉格朗日微分方程、最速降线问题及其他应用。等周问题、汉密尔顿原理和拉格朗日方程。瑞利-里兹法、伽辽金法。参考文献:1. 高等工程数学 - 作者:BS Grewal 博士;Khanna Publishers 2. 傅里叶级数与边界值问题 - 作者:Churchill;McGraw Hill。3. 复变量与应用 - 作者:Churchill;McGraw Hill。4. 变分法 - 作者:Elsgole;Addison Wesley。5. 变分法 - 作者:Galfand & Fomin;Prentice Hall。 6. 积分变换的使用 - 作者:IN Sneddon、Tata McGraw Hill。
向量微积分:梯度、散度和旋度,它们的物理意义和恒等式。线、表面和体积积分。格林定理、散度陈述和斯托克斯定理、应用。傅里叶级数:周期函数的傅里叶级数、欧拉公式。奇函数、偶函数和任意周期函数的傅里叶级数。半程展开。傅里叶积分。正弦和余弦积分、傅里叶变换、正弦和余弦变换。谐波分析。偏微分方程:基本概念、仅涉及一个变量的导数的方程解。通过指示变换和变量分离求解。用分离变量法推导一维波动方程(振动弦)并求其解。达朗贝尔波动方程解。用高斯散度定理推导一维热方程并求一维热方程解。用分离变量法求解。数值方法:一阶和二阶导数(常导数和偏导数)的有限差分表达式。边界值问题的解,二阶偏微分方程的分类。用标准五点公式求拉普拉斯和泊松方程的数值解,用显式方法求热和波动方程的数值解。参考文献: 1.Kreyszig, Erwin,《高级工程数学》,John Wiley & Sons,(第 5 版),2010 年。2.3.S. S. Sastry,《数值分析入门方法》(第 2 版),1990 年,Prentice Hall。B. S. Grewal,《高等工程数学》,1989 年,Khanna Publishers 4。Murray R. Spiegel,《矢量分析》,1959 年,Schaum Publishing Co.