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开放量子行走:概率分布与中心极限定理
  • ISSN号:0254-4164
  • 期刊名称:《计算机学报》
  • 时间:0
  • 分类:TP301[自动化与计算机技术—计算机系统结构;自动化与计算机技术—计算机科学与技术]
  • 作者机构:[1]陕西师范大学计算机科学学院,西安710119, [2]福建农林大学计算机与信息学院,福州350002
  • 相关基金:本课题得到国家自然科学基金(11271237,61228305)、中央高校基本科研业务费专项资金(GK201302054)和福建省自然科学基金项目(2016J01283)资助.
中文摘要:

作为量子算法研究的一个基本工具,量子行走已经成为一个重要研究课题.在开放量子环境下,同质量子行走已经得到充分研究,包括其概率分布和中心极限定理.然而,对于高维格上且在异质环境下的开放量子行走的演化方程、概率分布和中心极限定理还未得到研究.在此基础上,该文提出高维格上异质开放量子行走以及它的演化方程,重点研究高维格上具有不同类型的量子运算的开放量子行走的概率分布和中心极限定理.首先给出高维格上量子系统的演化表达式,它不但适合于同质开放量子行走,也适合于异质开放量子行走.与已有的演化表达式相比,该结果更具有一般性.其次,利用傅里叶变换和逆变换给出开放量子行走的概率分布的计算公式,研究其对同质开放量子行走和异质开放量子行走的适用性.通过例子说明一维格上、二维格上异质开放量子行走的概率分布计算.最后,运用鞍差分序列中心极限定理,给出并证明高维格上异质开放量子行走的中心极限定理,说明一维格上同质开放量子行走的中心极限定理是它的一种特殊情况,并通过二维格上异质开放量子行走的实例给出求解极限分布的具体过程.

英文摘要:

As a basic tool for researching quantum algorithms, quantum walk has been an important aspect of the quantum computation. In an open quantum environment, homogenous quantum walk has all been studied, including its limit probability distribution and its central limit theorem. However, the evolution formula, the probability distribution and the central limit theorem have not been studied about open quantum walk with higher dimensional lattices and non-homogenous environment. Based on these works, we propose an open quantum walk on higher dimensional lattices and give its evolution formula, especially for one under non-homogenous environment, focus on its probability distribution and their central limit theorem with a different type of quantum operators. Firstly, we give an evolution formula of open quantum walk on higher dimensional lattices, show that it not only adapts to homogenous quantum walk~ but also adapts to non-homogenous quantum walk. Compared with the existing evolution formulas, this result is more general. Secondly, by using the fourier transform and the fourier inverse transform, we give a computational formula for the probability distribution of open quantum walk, study its applicability for homogenous quantum walk and non-homogenous quantum walk. To present by examples, we show a computational process about their probability distributions of non-homogenous quantum walks on 1-dimensional lattice and 2-dimensional lattice. Finally, according to the central theorem for maringale difference sequence, we prove a central limit theorem for non-homogenous open quantum walk on higher dimensional lattices under certain condition, show that a central limit theorem is its special case about a one-dimensional lattice homogenous open quantum walk, illustrate a specific process of calculating the limit distribution.

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期刊论文 27 会议论文 1
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期刊信息
  • 《计算机学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国计算机学会 中国科学院计算技术研究所
  • 主编:孙凝晖
  • 地址:北京中关村科学院南路6号
  • 邮编:100190
  • 邮箱:cjc@ict.ac.cn
  • 电话:010-62620695
  • 国际标准刊号:ISSN:0254-4164
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1826/TP
  • 邮发代号:2-833
  • 获奖情况:
  • 中国期刊方阵“双效”期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 美国数学评论(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
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