One-Dimensional Quantum Walks - Semantic Scholar

Report 4 Downloads 26 Views
One-Dimensional Quantum Walks Andris Ambainis

Eric Bach



Ashwin Nayak

        !#"$%! &  ' ()$ +*, (-  ./$0 ,' $%!213-45.6$% 7$% 98: ()!  .;(-$ : ().ƒ).;$kB.KR $l*U , ()0|q I/ I  $% )R&M$.;.;(-` );,' .;- ()$ ) () 5*%@, (| r

(',;& , $"9.;.;.$ J I )() b))$B1N() GR$% R;,' 8 .;( ()$% .…`M9:1L9 J%@à;" …-; ()" .;( .ƒ, W I )90pr k, (-GI .;I(0|3$%&M9,'@ $, .A &  $r $@*U9,')_&I.;rs x@”z‰=ZÄLI.;i& , $"9.;.;. .;()! &b"$,;, 9.;&M$% b $W! $ ()$% 6() k.;() G-…(, "9 ()$% g= >:0m Ii&,; ()")/I.N 69j5;,'G, /$0º0|, B $!Ö I@e.;.;().K . () 6( .L! $ ()$% mA5I $B1L*U ,BA I  (3().L&M$%.;.;()`) (-.º *%)$%&MBf0µ$,+ () Ga q I)()! (/0µ$,…|@, G% † Am I &, $%``())(aR$0L, "'I() G  I3)90|L`M$  ,;ƒ  . $W‡@vUw x‰ 8OAPQix%v„º€ ={ÄLI3, B.;$% 0µ$,6 I ().6.K;,' G%q`MIB*()$,P().AiG%() mAN Iq  ! ()  9,;0p9,;8  "%={Š:e().e $ 91C$,;8  If Im I().º "'I (| {().d.K'  ,'…(- / I C .;().$0 "-.;.;()"B ,' $%!Ö13)4.ƒs ’z‰= ŠÁ4%9l * 'G…$0 Ir]5" I,@$UÞ  () G%9,
P$0e‡Bv ´0p$,i I(). ! (j() Gq ()! 60µ$,G% 9,'eG,'&I .AC1NI ,  o().W IP!@j(-!r! G, 9/$0{*U ,; 9jb(- b I/G,'&IP  ‚(-.N( .N"$%   "9' "%= ÄLI k, .Kb$0/ I().&&M9,b().6$, GU ()B7.0µ$)-$B1N.=}]5"9 ()$% 7x "9$% '() .e0µ$, !d9  ( (-$ .e$0+ Iƒ  !Ö13)4.N1Lƒ.K 5= ]5"9 ()$% ·6.K'@ ./ Ir, 9.; ./$03$ ,…&&M9,…()  9'(-™=b]5"9 ()$% ”ƒG%()*U9.C& , $$0µ.3$0º$ ,C, 9.; .L$% 

, .K;, ()"9 B  !®13-45.A   ]5"9 ()$% W¶£+().{.Kƒ $£0d If, 9.;: ( (-)()/ If.K.K !() l"9|.;.;()"Bd.K'@ ) # ‡ $ # ± $ = x=D=ºŠi& & ?}= `m= î `.;9, *%£0/ Ik, .; )6$0ƒ( I 9,P! .; , 9!   13. E:9*. F7™(‰= %=)Ae, 98 *%B)Br I+ IC.K .K 9!?1L.{( I9,Z@Z)$"B@ ()$% –f$,{)$"B@ (-$ † € A I b 9, ! () @  Hfµu €e-$" ()$% .r@f1NI()"'I I r"$.;() 98£. @:, B() ÄLI$, ! x…().e"9-$.;f $6‡A  I9, 90p$,  Gk$, G ()D. Hf € ={ÄLI().N()! &)().  IN If5  !}13-4b$% 6 If)() /().e! ()j() Gr/ () P)() B@,i ()! %= O:i(-.£0r I R,'@ ()$ + `M 8 )$% G%.W $ I 6()  9, */s · t7x  w x5y  ` '  :    zƒµ1NI (-"'ID"$,;, .;D &M$ .  $Pt3u;vUw x 3 † 3 u;vUw x%€ A  I f.;$%)  ()$ .i, /$0º If0µ$, ! 7x F @Dx D   .;() ºF@ML€ ‰¸U€ ,  F  @Ex   1NI ,   ®@, ""$%.   D +  L D - + ` L %:+  =fni$@1C*U9,BAM I r ,;, $,/() ;, $5  "B `6, 9&-"() G Fk  ` F      , .N$%e $ `M/ $$ ` (-G= ]$A3 I().b.;(-! & )q&&, $U" IO0µ()).A:0M1LN"$ .;(-  ,
"9 ()$[ A † yKu €C$@*U9, o().NG%()*U P`5qs‡‡9z‰˜ A !  : yKu € 4 A † y;u € S U 6  7  >a 6&@,; (-"9-,BA 1L/IB*U A!  : y –%5€ Á‰–5y‡@€ J 0µ$,f) : =

Fourier analysis of the Hadamard walk

h, $%!Ö If ! (-"9.3$0EArA1L/!b  "9: 6 I /"B.;/$0 Ifn9Û£SäµÚ?;T 9å6ÚÙ5V% X'ä‰â S%[däµÚ Û($#X;Sۙä$Ú . T  VrV S 6SÚTPÛpã  Ûpã  X  XS V“SÚRSÜ'åV &Û=ۙä‰â SÚS%[ åÜ äµÜ .fÛpã…YZS%[ \Gmã…ÚÙ5V8W X b  Ü Û((& ÜäµÚEÛpãb  YZS%[ \qYZSÜ Û£SB\  ÚOÛ=: lhd()G%, ƒ·A1L/"$! &,  & Z   1N( 7I &= h $,f j! &)%A I r")"-@ (-$ $0C! $!   .N(-.i.;()! &)( Bk`  I /0µ$%))$B1N() GP$`.;9, * ()$ m=iÀm9 Gd_ L+€ Hu & Z   _ Lºu9yau € =eÄLI9? G ().rl& , $`` ()-(:J .;(aq0p "  (-$ o$@*U9,bst/‡@v w xy‡@v w x@z‰˜r()ƒ(). "9-,  $% 8: GU@ ()*U%Am R1L.;I$B1?`M)$B1} I/(…()  G,'@ .  $‡%=PÄLI().…$%`.; , *%@ (-$ o))$B1N. .… $l&&, $Bj ()!@  I .; ! . () l I /! $%!  3"B)"- ()$ .f`6 N=ä  VWSÚÚqäµÚ (Û =#XKS%[ A_ 6 I   ,;, $,i.;$W() 5;, $5"6().eGU() q)$@1C9,i$,'  ,e  , !l= Äm$R.;9 IC Gd_ L+€/() 5 9G,' 9.r $J‡%A{ $   I@   6  :  y L+ €

– È t  62  @HLCA .;$ D

6

# #2 2  #

N

t 

62 2



t

:L 

7

Z

?   

“â+ V & SX äµÜW Ú .W  Ûpãb  TäµÜ ۙX ä79Ùۙä7 ÚÜ%&¯SÚMT &  -Xmu; ȇB––CÚ[ åeÛpã&XS S9äµ[ äµÛ™å…SÛ_Ûpã*U R&3äµÚ ۙÜZäµÜ &M[EۙÛ(;T:/ SÚT&  äµÜNÜ â S%['; T89å S SUâ9Û= X . %";â SÙ5Üf äpÛºã SÜeÜ'Ù &&3X Û Ú Ûpã B T%T &3 äpÚۙ܅SÜV  SÚ &3Ü'äpۙ$ä Ú / Ydã5ä‰â'ãläµÜ…SbSX  Ü Ù [ DÛ ƒäµÛ™RÜ 9ä‰S-Ü ;TäµÚäµÛ™ä™S%[mÜ Û£S(Û 0OgAXrSÚÙ5Ú 9ä‰SÜ ;T äµÚ äµÛ™ä‰S%[_Ü Û£S(Û W/ZÛpã ƒ%V ;SÚqY Ù[)%T W!  SX 5 °# ‡ 3 R XEu y , U , U L : Èt/‡  ().ƒ*U J -  *!/`  9 $ W I  .;` .;9$#0 * / 0p$,ƒ1NI()"'IJ I().

5 !`M9,ƒ().W$5_=°i $B1/AZ I 6! &)( 6.;.;$"(- BE1N( IÇB" I & IW() * /L ().Cx ` / A5  r IN! &)(  L.;.;$"(-  1N( I B" I & Il() * /` (-.…tix ` / =+>:N0µ$)-$B1N.e I     G `

4/ :  * /L  t  * /`   x ` / 7 K‡²U€ i1N())_*%) e Ie.;!c(- RK‡B²%€Z`   () G…G% 9,' () G 0p "9 ()$% P0p$,   * /L  t   *!/`  ={Àg9   E/€ 4    * /L  t   * /`   E / 7 / :

ÄLIf0p "9 ()$%  E€C$`M9.3 I/B@ ()$%   E€ Eft E  E  E€A@7E  E€;€  @7E  E€;€  @5))) 

Eft ‡NE t   E EU€ E€ y K‡B’%€ 1NI()"'ID0p$%))$B1N.W0p, $%!Î I0™" W I@Pt EE  EU€;€ 6 (). kG 9,'@;8 () G0µ

"9 ()$% R.;()! ()|@,f $  Am`  i, .K;, ()"9 Bk $6& I.i I #

#



#  #

'

'

> #





'

I PVP  &  , $@*Uk ™(|€/ O™()(p€f $%G9 I ,B=lh , $! #,  @  # #, # 2 @ # # D @ xf , B€ A51Lf     #  : # t6#   # ‚”! £x  tLJB€ ‡ o @ ”

 E

 IW, - ()$

ME -

7

E S U v w x5A1L/I@*%  £x7E tLJB€ ‡ @o”ME ÁS ` U tD‡@€ K‡ @ S U € 7² ™"$.  #  Ζ5=È>: Ç I l.;"$ O"B.;%A  I. @,  , $$W().k,  L 5!r `M9,/ I@r1CP9 9, ! () W $q`M

9GU ()*UA!4() G # :# 6 t # > # Xǖ= ° ‡W(f1N())Z.;3 B " $6"$% 8 .;(- 9, F( ®£7x E  @‚‡@€t ‡ @JM” E  l.;I$B1Á I FF ®x5=: o I()..;"  (-$ D1CP&, $*%6ÄLI $, 9!‡B–5=o>:r0µ$-)$B1N.W0p, $!Î I  :1L$W)! !.3`M)$B1/= &+Sì R R('Öx‡%"= J!fãS:9:  )()! ` G  x‡ @ „” Q  - : v 1@7‡ 7   I PVPih , $%!¼Àg! !‡¸r1L/IB*U%A .;(-' ")  ' #   #().N*U9 mA ‡ Q   - #  #  @ ‡ Q    #  7v E4#   7 £x²U€ G 

„ ` -  „ -  ‘{Àg! !k‡@•P E™(-(|€:8'™()()(p€f$0NÀm! !k‡B’5Aº I .;"$   , ! I.3 I/)()! (/ ‡ xW. † 0 V = >:  I W , .K… 9, !lAg1L"$% .;(- 9I, 6 $k`M P0p "9 ()$% J$0 $

@, GM  : v   €eµ I().3().L, B_`Àm9! ! ‡’U€ A " I $$%.;() Gƒ Ii` ,' " I  Ie!& .N–r $ –5={ÄLI().iG()*U. ‡ Q   - #  #   x Q     : v   € ‚tE‡    $my „ ` -  „ `     : v   €  t :  $ 1N( I  † tD‡=ZŠi&&  () GWÀm9! ' !x–1N() I ' W Ey $_/€ #- Ea LSX B"â +;Täµ5Ú #Ü /Ûpã  + Ûpã eÚÚ ÙS[ T åV &3Ü'äpÙV Ú g‡B’U•Ù5’ÚM= TUSۙ$ä ÚRÜ 1V &Ù5(Û  X T â9=ä  Ú"â  A&G%.<x5‡² 5x%x·5A s ”z ˆ =‘C9   ,: "%=)A°a LXSBâ"+;TäµÚ5#Ü /Ûpã T ä'JÛ(+ Ú Ûpã eÚÚ Ù S%[  T å4V &3Ü äµÙ5 V Ú mã SX å  14V &Ù5ۙäµ;Ú #A &G%. x²%’ x’%²A‡’%²” = s x5‡ z É =Õ/9!  b  É =_]5 )™V= gZäµÚäµ(Û  SX;\ :9 ºãSäµÚÜ = ]& , () G%9,;=8 C{9, -G Ag‡B’²%·5= s x%xBzr­r=Àg$%"'I@,'g=ÄLI/`, $@1N (- l! $ (-$ m˜{ G%)"  B6 $$% 0µ$,N I /"$%! & - j (:b  .;().e$0.;$,; B6'`). ! ()& - ()$% g=  D  '0Ú X >V  mã -A_‡@•5™”€ Aº‡’%²·= s x·@zƒÀ{=Àm$@*  .;…  ± =Յ   m= h.K 9,e! (j () G*5(-WB*U9,'G "$%  " ' "9%=>: LSX B"â +;Täµ;Ú #RÜ …Ûpã %mã5äµX'ۙå 6 gZäµX'Ü Û eÚÚÙ S%[  T åV &3Ü äµÙ5 V Ú mã SX'Nå .1V &Ù5ۙäµ5Ú #A Š3 - 5'5AM­: LSX B"â + Täµ;Ú #GÜ .fÛpã   +UÚMT eÚÚ Ù S%[ T åV &3Ü äµÙ5 V PÚ gÙ5ÚMT%Sۙ$ä Ú RÜ .1V &Ù5(Û  X T â9$ä  ÚM"â  A &G./‡B¸· ‡¸%’5Am]  É  mA³{ 9,; $ ± (-"9$ Ag‡ ” î "  $%`M9, ‡B’%’5‡%=>K—{—Z— ˆ $! & 9,e]$"9(- a= s x²@zƒÄ