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Erschienen in: Quantum Information Processing 1/2016

01.01.2016

Asymptotic velocity of a position-dependent quantum walk

verfasst von: Akito Suzuki

Erschienen in: Quantum Information Processing | Ausgabe 1/2016

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Abstract

We consider a position-dependent coined quantum walk on \(\mathbb {Z}\) and assume that the coin operator C(x) satisfies
$$\begin{aligned} \Vert C(x) - C_0 \Vert \le c_1|x|^{-1-\epsilon }, \quad x \in \mathbb {Z}\setminus \{0\} \end{aligned}$$
with positive \(c_1\) and \(\epsilon \) and \(C_0 \in U(2)\). We show that the Heisenberg operator \(\hat{x}(t)\) of the position operator converges to the asymptotic velocity operator \(\hat{v}_+\) so that
$$\begin{aligned} \text{ s- }\lim _{t \rightarrow \infty } \mathrm{exp}\left( i \xi \frac{\hat{x}(t)}{t} \right) = \Pi _\mathrm{p}(U) + \mathrm{exp}(i \xi \hat{v}_+) \Pi _\mathrm{ac}(U) \end{aligned}$$
provided that U has no singular continuous spectrum. Here \(\Pi _\mathrm{p}(U)\) (resp., \(\Pi _\mathrm{ac}(U)\)) is the orthogonal projection onto the direct sum of all eigenspaces (resp., the subspace of absolute continuity) of U. We also prove that for the random variable \(X_t\) denoting the position of a quantum walker at time \(t \in \mathbb {N}\), \(X_t/t\) converges in law to a random variable V with the probability distribution
$$\begin{aligned} \mu _V = \Vert \Pi _\mathrm{p}(U)\Psi _0\Vert ^2\delta _0 + \Vert E_{\hat{v}_+}(\cdot ) \Pi _\mathrm{ac}(U)\Psi _0\Vert ^2, \end{aligned}$$
where \(\Psi _0\) is the initial state, \(\delta _0\) the Dirac measure at zero, and \(E_{\hat{v}_+}\) the spectral measure of \(\hat{v}_+\).

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Metadaten
Titel
Asymptotic velocity of a position-dependent quantum walk
verfasst von
Akito Suzuki
Publikationsdatum
01.01.2016
Verlag
Springer US
Erschienen in
Quantum Information Processing / Ausgabe 1/2016
Print ISSN: 1570-0755
Elektronische ISSN: 1573-1332
DOI
https://doi.org/10.1007/s11128-015-1183-x

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