מורכבות משופרת של שאילתות קוונטיות בכניסות קלות יותר

מורכבות משופרת של שאילתות קוונטיות בכניסות קלות יותר

נואל טי אנדרסון1, ג'יי-יו צ'ונג1, שלבי קימל1, Da-Yeon Koh2, ו-Xiaohan Ye1,3

1Middlebury College, Middlebury, VT, ארה"ב
2Williams College, Williamstown, MA, ארה"ב
3אוניברסיטת בראון, פרובידנס, RI, ארה"ב

מצא את העיתון הזה מעניין או רוצה לדון? סקייט או השאירו תגובה ב- SciRate.

תַקצִיר

לאלגוריתמים של תוכניות טווח קוונטים להערכת פונקציות יש לפעמים מורכבות שאילתה מופחתת כאשר מבטיחים שלקלט יש מבנה מסוים. אנו מתכננים אלגוריתם של תוכנית טווח שונה כדי להראות שהשיפורים הללו נמשכים גם ללא הבטחה מבעוד מועד, ואנו מרחיבים גישה זו לבעיה הכללית יותר של המרת מצב. כיישום, אנו מוכיחים יתרונות קוונטיים אקספוננציאליים וסופרפולינומיים במורכבות שאילתה ממוצעת עבור מספר בעיות חיפוש, תוך הכללת החיפוש של Montanaro עם Advice [Montanaro, TQC 2010].

אנו מצפים שאלגוריתמים קוונטיים, כמו אלגוריתמים קלאסיים, יפעלו מהר יותר בכניסות קלות יותר. לדוגמה, אם אתה מחפש פריט ברשימה לא מסודרת, ויש הרבה עותקים של פריט זה, היינו מצפים שהאלגוריתם הקוונטי יפעל מהר יותר במצב זה לעומת כאשר יש רק פריט מסומן אחד, אפילו בלי לדעת מספר פריטי היעד מבעוד מועד. ואכן, לבעיית החיפוש, ידוע איך להשיג יתרון כזה בכניסות קלות יותר. עם זאת, הכללת רעיון זה לבעיות מעבר לחיפוש היא מאתגרת כאשר אין דרך ברורה לסמן כאשר החישוב רץ מספיק זמן. אנו משנים מספר מסגרות אלגוריתמיות פופולריות במודל השאילתה כדי ליצור דגלים שמתריעים אם החישוב רץ מספיק זמן, מה שמאפשר לנו לסיים את האלגוריתם מוקדם בקלט קל יותר, מבלי לדעת מראש אם המופע קל או קשה. כאפליקציה, בהינתן התפלגות של תשומות קלות וקשות לבעיה, אנו יכולים לנתח את מורכבות השאילתה הממוצעת. אנו מראים שהתפלגות מסוימות של תשומות לבעיות חיפוש מניבות יתרונות ממוצעים גדולים של שאילתות קוונטיות על פני אלגוריתמים קלאסיים.

► נתוני BibTeX

► הפניות

[1] אנדריס אמביניס ורונלד דה וולף. מורכבות שאילתה קוונטית ממוצעת. Journal of Physics A: Mathematical and General, 34(35):6741, 2001. doi:10.1088/​0305-4470/​34/​35/​302.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​34/​35/​302

[2] דורית אהרונוב. חישוב קוונטי. Annual Reviews of Computational Physics VI, עמודים 259–346, 1999. doi:10.1142/​9789812815569_0007.
https: / doi.org/â € ‹10.1142 / 9789812815569_0007

[3] מישל בוייר, ז'יל בראסארד, פיטר הייר ואלן טאפ. גבולות הדוקים על חיפוש קוונטי. Fortschritte der Physik, 46(4-5):493–505, 1998. doi:10.1002/​(SICI)1521-3978(199806)46:4/​5<493::AID-PROP493>3.0.CO;2 -פ.
<a href="https://doi.org/10.1002/(SICI)1521-3978(199806)46:4/53.0.CO;2-P”>https:/​/​doi.org/​10.1002/​(SICI)1521-3978(199806)46:4/​5<493::AID-PROP493>3.0.CO;2-P

[4] אלכסנדרס בלובס. טווח תוכניות לפונקציות עם תעודות 1 בגודל קבוע: תקציר מורחב. ב-Proceedings of the 12th Annual ACM Symposium on Theory of Computing, STOC '77, עמודים 84–2012, 10.1145. doi:2213977.2213985/​XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 2213977.2213985

[5] ז'יל בראסארד, פיטר הייר, מישל מוסקה ואלן טאפ. הגברה ואומדן משרעת קוונטית. בחישוב קוונטי ומידע, כרך 305 של Contemp. מתמטיקה, עמודים 53–74. עאמר. מתמטיקה. Soc., Providence, RI, 2002. doi:10.1090/​conm/​305/​05215.
https: / / doi.org/ 10.1090 / conm / 305/05215

[6] ז'יל בראסארד, פיטר הייר ואלן טאפ. ספירה קוונטית. ב-Automata, Languages ​​and Programming, עמודים 820–831, 1998. doi:10.1007/​BFb0055105.
https: / / doi.org/ 10.1007 / BFb0055105

[7] אלכסנדרס בלובס ובן וו. רייכרדט. טווח תוכניות ואלגוריתמים קוונטיים לקישוריות st וזיהוי טפרים. הערות הרצאה במדעי המחשב, 7501 LNCS:193–204, 2012. doi:10.1007/​978-3-642-33090-2_18.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-642-33090-2_18

[8] אלכסנדרס בלובס ואנסיס רוסמניס. סף קוונטי תחתון הדוק לספירה משוערת עם מצבים קוונטיים. 2020. arXiv:2002.06879.
arXiv: 2002.06879

[9] סלמאן בייגי ולילה טאגבי. האצה קוונטית מבוססת על עצי החלטה קלאסיים. Quantum, 4:241, 2020. doi:10.22331/​q-2020-03-02-241.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-03-02-241

[10] אלכסנדרס בלובס ודויל יולקו. כרטיס בכיוון אחד ללאס וגאס והיריב הקוונטי. 2023. arXiv:2301.02003.
arXiv: 2301.02003

[11] ריצ'רד. קליב, ארתור. אקרט, קיארה מאצ'יאבלו ומישל מוסקה. אלגוריתמים קוונטיים נבדקו מחדש. הליכים של החברה המלכותית של לונדון. סדרה א': Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 454(1969):339–354, 1998. doi:10.1098/​rspa.1998.0164.
https: / / doi.org/ 10.1098 / rspa.1998.0164

[12] ארג'אן קורנליסן, סטייסי ג'פרי, מאריס אוזולס ואלווארו פידרפיטה. תוכניות טווח ומורכבות זמן קוונטית. בסימפוזיון הבינלאומי ה-45 על יסודות מתמטיים של מדעי המחשב (MFCS 2020). Schloss Dagstuhl-Leibniz-Zentrum für Informatik, 2020. doi:10.4230/​LIPIcs.MFCS.2020.26.
https: / / doi.org/ 10.4230 / LIPIcs.MFCS.2020.26

[13] כריס קייד, אשלי מונטנרו ואלכסנדרס בלובס. אלגוריתמים קוונטיים יעילים בזמן ומרחב לזיהוי מחזורים ובדיקת דו-חלקיות. מידע וחישוב קוונטי, 18(1-2):18–50, 2018.

[14] קאי דלורנצו, שלבי קימל ור' טיאל ויטר. יישומים של האלגוריתם הקוונטי ל-st-Connectivity. בכנס ה-14 בנושא התיאוריה של חישוב קוונטי, תקשורת וקריפטוגרפיה (TQC 2019), עמודים 6:1–6:14, 2019. doi:10.4230/​LIPIcs.TQC.2019.6.
https: / / doi.org/ 10.4230 / LIPIcs.TQC.2019.6

[15] דמיטרי גרינקו, ז'וליאן גאקון, כריסטה זופאל וסטפן וורנר. הערכת משרעת קוונטית איטרטיבית. npj Quantum Information, 7(1):52, מרץ 2021. doi:10.1038/​s41534-021-00379-1.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-021-00379-1

[16] לאב ק' גרובר. מכניקת קוונטים עוזרת בחיפוש מחט בערימת שחת. Physical Review Letters, 79(2):325–328, 1997. doi:10.1103/​PhysRevLett.79.325.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.79.325

[17] ואסילי הופדינג. אי שוויון בהסתברות לסכומים של משתנים אקראיים מוגבלים. Journal of the American Statistical Association, 58(301):13–30, 1963. doi:10.1080/​01621459.1963.10500830.
https: / / doi.org/ 10.1080 / 01621459.1963.10500830

[18] צויושי איטו וסטיסי ג'פרי. תוכניות טווח משוער. Algorithmica, 81(6):2158–2195, 2019. doi:10.1007/​s00453-018-0527-1.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00453-018-0527-1

[19] מייקל ג'ארט, סטייסי ג'פרי, שלבי קימל ואלווארו פידרפיטה. אלגוריתמים קוונטיים לקישוריות ובעיות נלוות. ב-26th Annual European Symposium on Algorithms (ESA 2018), עמודים 49:1–49:13, 2018. doi:10.4230/​LIPIcs.ESA.2018.49.
https://doi.org/​10.4230/​LIPIcs.ESA.2018.49

[20] אלכסיי י' קיטאיב. מדידות קוונטיות ובעיית המייצב אבליאן. 1995. arXiv:quant-ph/​9511026.
arXiv: quant-ph / 9511026

[21] טרוי לי, רג'אט מיטאל, בן וו. רייכרדט, רוברט ספאלק ומריו סגדי. מורכבות שאילתה קוונטית של המרת מדינה. בשנת 2011 IEEE 52nd Annual Symposium on Foundations of Science Computer, pages 344–353, 2011. doi:10.1109/​FOCS.2011.75.
https: / / doi.org/ 10.1109 / FOCS.2011.75

[22] פרדריק מגניז, אשווין נאיאק, ג'רמי רולנד ומיקלוש סנטה. חפש באמצעות Quantum Walk. SIAM Journal on Computing, 40(1):142–164, 2011. doi:10.1137/​090745854.
https: / / doi.org/ 10.1137 / 090745854

[23] אשלי מונטנרו. חיפוש קוונטי עם עצות. בכנס על חישוב קוונטי, תקשורת וקריפטוגרפיה, עמודים 77–93. Springer, 2010. doi:10.1007/​978-3-642-18073-6_7.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-642-18073-6_7

[24] בן וו. רייכרדט. טווח תוכניות ומורכבות שאילתות קוונטיות: תחום היריב הכללי הוא כמעט הדוק עבור כל פונקציה בוליאנית. סימפוזיון IEEE השנתי ה-50 על יסודות מדעי המחשב, עמודים 544–551, 2009. doi:10.1109/​FOCS.2009.55.
https: / / doi.org/ 10.1109 / FOCS.2009.55

[25] בן וו. רייכרדט. השתקפויות עבור אלגוריתמים של שאילתות קוונטיות. בהליכים של סימפוזיון ACM-SIAM השנתי לשנת 2011 על אלגוריתמים בדידים, הליכים, עמודים 560–569. 2011. doi:10.1137/​1.9781611973082.44.
https: / / doi.org/ 10.1137 / 1.9781611973082.44

[26] ליילה טאגבי. אלגוריתם קוונטי פשוט לבעיית זיהוי האורקל. Quantum Machine Intelligence, 4(2):19, 2022. doi:10.1007/​s42484-022-00080-2.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s42484-022-00080-2

מצוטט על ידי

[1] סטייסי ג'פרי, שלבי קימל ואלווארו פידרפיטה, "אלגוריתם קוונטי לדגימת קצה של נתיב", arXiv: 2303.03319, (2023).

[2] מייקל צ'קנסקי, שלבי קימל ור' טיאל ויטר, "אלגוריתמי שאילתות קוונטיים כפולים חזקים וחסכוניים בחלל", arXiv: 2306.15040, (2023).

הציטוטים לעיל הם מ- מודעות SAO / NASA (עודכן לאחרונה בהצלחה 2024-04-11 15:45:18). הרשימה עשויה להיות שלמה מכיוון שלא כל בעלי האתרים מספקים נתוני ציטוט ראויים ומלאים.

On השירות המוזכר של קרוסרף לא נמצאו נתונים על ציטוט עבודות (ניסיון אחרון 2024-04-11 15:45:17)

בול זמן:

עוד מ יומן קוונטים