Kvantjuhuslik kõnd

Klassikaline vs kvant: sama kõnd, üllatavalt erinev levik

Interaktiivse simulatsiooni laadimine...

Juhuslikest kõndidest kvantotsingusse 🖖

Kvantkõnni ruutkiirendus tuleneb interferentsist, mitte tõenäosusest. Igal sammul viib Hadamardi värav mündi superpositsiooni, mistõttu nihkeoperaator liigutab amplituudi samaaegselt vasakule ja paremale. Paljude sammude jooksul kustutab amplituud keskosas end ise — vasakule ja paremale liikuvad panused jõuavad kohale vastandfaasides —, samas kui amplituud ±N/√2 lähedal võimendub konstruktiivselt. Seetõttu on jaotuse tipud servades, mitte keskel. Sama mehhanism juhib Groveri otsingut (kõnd hüperkuubil) ja Childsi eksponentsiaalse kiirendusega graafiläbimist: kvantkõnnid jõuavad kaugete tippudeni palju kiiremini kui ükski difusioonile tuginev protsess suudaks.

difusioon versus ballistiline sprint 🖖

Juhuslik ekslemine on lihtsalt korduv mündivise: kull – samm paremale, kiri – samm vasakule. Klassikaliselt sulanduvad sammud kellukõveraks — pärast 100 viset satud harva rohkem kui umbes 10 positsiooni kaugusele algusest, sest hajuvus kasvab nagu √N. Vaheta münt kvantmündi vastu ja ekslejal ei keskmistu enam midagi: ta paiskub väljapoole ja jõuab samade 100 sammuga juba ~70 positsioonini. Füüsikud nimetavad seda ballistiliseks levikuks: see kasvab lineaarselt N-iga, mitte tema ruutjuurena.

kvantekslemine ei unusta kunagi 🖖

Klassikaline juhuslik ekslemine on Markovi protsess: see kaotab tasapisi jälje sellest, kust alustati, ja ainult lõppjaotuse põhjal ei saa alguspunkti taastada. Kvantekslemine on unitaarne, seega on iga samm täiesti pööratav. Lase täpne Hadamardi-ja-nihke jada tagurpidi käia ning kogu hajutatud amplituud koondub taas üheks teravikuks alguspunkti — infot ei lähe kaotsi ja ekslemisel pole ühtki tasakaalujaotust, kuhu laiali valguda. Difusioon kustutab mineviku; kvantekslemine üksnes peidab selle.

Näiteülesanded

  • 10 sammu - 10 sammu — asümmeetrilised kaksikhuiped juba nähtavad
  • 30 sammu - 30 sammu — kvantlevik on klassikalisest märkimisväärselt laiem
  • 50 sammu - 50 sammu — kvantlevik O(N) vs klassikaline O(√N)
  • Tasakaalus münt - 20 sammu, tasakaalustatud münt — sümmeetriline kahe tipuga jaotus