זהויות קבועות בהשראת קוונטים PlatoBlockchain Data Intelligence. חיפוש אנכי. איי.

זהויות קבועות בהשראת קוונטים

אוליסה שאבאוד1, אבהינב דשפנדה1, ו סעיד מהרבאן2

1המכון למידע וחומר קוונטי, המכון הטכנולוגי של קליפורניה, פסדינה, CA 91125, ארה"ב
2מדעי המחשב, אוניברסיטת טאפטס, מדפורד, MA 02155, ארה"ב

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

תַקצִיר

הקבוע הוא מכריע הן לתיאוריית המורכבות והן לקומבינטוריקה. במחשוב קוונטי, הקבוע מופיע בביטוי של אמפליטודות פלט של חישובים אופטיים ליניאריים, כמו במודל Boson Sampling. תוך ניצול הקשר הזה, אנו נותנים הוכחות בהשראת קוונטים של הרבה זהויות קבועות קיימות כמו גם חדשות יוצאות דופן. במיוחד, אנו נותנים הוכחה בהשראת קוונטים למשפט המאסטר של מקמאהון וכן הוכחות להכללות חדשות של משפט זה. הוכחות קודמות למשפט זה השתמשו ברעיונות שונים לחלוטין. מעבר ליישומים הקומבינטוריים הטהורים שלהם, התוצאות שלנו מדגימות את הקשיות הקלאסית של דגימה מדויקת ומשוערת של חישובי קוונטים אופטיים ליניאריים עם מצבי חתול קלט.

כמה כמויות מתמטיות נמצאות בכל מקום במתמטיקה, פיזיקה ומדעי המחשב. זהו המקרה של אובייקט קומבינטורי בשם הקבוע.

על ידי ניצול היחסים בין הקבוע והמשרעת של מעגלים קוונטיים אופטיים ליניאריים, אנו מראים שטכניקות בהשראת קוונטים מספקות הוכחות מהירות למשפטים חשובים רבים על הקבוע, כמו משפט המאסטר של מקמאהון.

ההוכחות בהשראת הקוונטים שלנו מספקות תובנה חדשה למדען הקוונטים על משפטים קומבינטוריים וחושפות תוצאות חדשות במורכבות הקוונטית.

► נתוני BibTeX

► הפניות

[1] H. Minc, "קבועים", כרך. 6. הוצאת אוניברסיטת קיימברידג', 1984.
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9781107340688

[2] J. K. Percus, "שיטות קומבינטוריות", כרך 4. 2012. Springer Science & Business Media, XNUMX.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-1-4612-6404-0

[3] L. G. Valiant, "המורכבות של מחשוב הקבע", Theoretical Computer Science 8, 189–201 (1979).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0304-3975(79)90044-6

[4] E. R. Caianiello, "על תורת השדות הקוונטיים - I: פתרון מפורש של משוואת דייסון באלקטרודינמיקה ללא שימוש בגרפים של פיינמן", Il Nuovo Cimento (1943-1954) 10, 1634-1652 (1953).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02781659

[5] S. Scheel, "קבועים ברשתות אופטיות ליניאריות," quant-ph/​0406127.
arXiv: quant-ph / 0406127

[6] S. Aaronson and A. Arkhipov, "The computational Complexity of Linear Optics", Theory of Computing 9, 143 (2013), arXiv:1011.3245.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 1993636.1993682
arXiv: arXiv: 1011.3245

[7] ש' אהרונסון, "הוכחה ליניארית-אופטית לכך שהקבוע הוא # P-קשה," Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 467, 3393–3405 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1098 / rspa.2011.0232

[8] S. Rahimi-Keshari, A. P. Lund ו-T. C. Ralph, "מה יכולה אופטיקה קוונטית לומר על תיאוריית המורכבות החישובית?", מכתבי סקירה פיזיקלית 114, 060501 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.060501

[9] D. Grier ול. Schaeffer, "תוצאות קשיות חדשות עבור הקבוע באמצעות אופטיקה ליניארית," arXiv:1610.04670.
arXiv: arXiv: 1610.04670

[10] P. P. Rohde, D. W. Berry, K. R. Motes, ו-J. P. Dowling, "טענה קוונטית אופטיקה לקשיות $#$P של ​​מחלקה של אינטגרלים רב-ממדיים," arXiv:1607.04960.
arXiv: arXiv: 1607.04960

[11] L. Chakhmakhchyan, N. J. Cerf, ו-R. Garcia-Patron, "אלגוריתם בהשראת קוונטים להערכת הקבוע של מטריצות חיוביות למחצה למחצה," Physical Review A 96, 022329 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.96.022329

[12] A. Meiburg, "אי-קרבה של קבועים חיוביים למחצה מוגדרים וטומוגרפיה של מצב קוונטי," arXiv:2111.03142.
arXiv: arXiv: 2111.03142

[13] P. A. MacMahon, "אנליזה משולבת, כרכים I ו-II", כרך. 137. American Mathematical Soc., 2001.

[14] I. גוד, "הוכחות של כמה זהויות 'בינומיות' באמצעות 'משפט המאסטר' של מקמאהון", ב- Mathematical Proceedings of the Cambridge Philosophical Society, vol. 58, עמ' 161–162, הוצאת אוניברסיטת קיימברידג'. 1962.
https: / / doi.org/ 10.1017 / S030500410003632X

[15] L. Carlitz, "An application of MacMahon's Master theorem", SIAM Journal on Applied Mathematics 26, 431–436 (1974).
https: / / doi.org/ 10.1137 / 0126040

[16] ל' קרליץ, "כמה הרחבות ונוסחאות קונבולציה הקשורות למשפט המאסטר של מקמאהון", SIAM Journal on Mathematical Analysis 8, 320–336 (1977).
https: / / doi.org/ 10.1137 / 0508023

[17] H. J. Ryser, "מתמטיקה קומבינטורית", כרך. 14. American Mathematical Soc., 1963.

[18] K. Balasubramanian, קומבינטוריקה ואלכסוני מטריצות. עבודת דוקטורט, המכון הסטטיסטי ההודי-קולקטה, 1980.

[19] E.T. Bax, אלגוריתמים של הבדל סופי לספירת בעיות. עבודת דוקטורט, המכון הטכנולוגי של קליפורניה, 1998.

[20] D.G. Glynn, "The permanent of a square matrix", European Journal of Combinatorics 31, 1887–1891 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.ejc.2010.01.010

[21] P. P. Rohde, K. R. Motes, P. A. Knott, J. Fitzsimons, W. J. Munro, ו- J. P. Dowling, "הוכחות להשערה שדגימת מצבי חתול מוכללים עם אופטיקה ליניארית היא קשה," Physical Review A 91, 012342 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.91.012342

[22] C. Weedbrook, S. Pirandola, R. García-Patrón, N. J. Cerf, T. C. Ralph, J. H. Shapiro, and S. Lloyd, "Gaussian Quantum Information," Reviews of Modern Physics 84, 621 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.84.621

[23] A. Leverrier, "$SU(p, q)$ coherent states and a Gaussian de Finetti theorem," Journal of Mathematical Physics 59, 042202 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.5007334

[24] T. Jiang ו-Y. Ma, "מרחקים בין מטריצות אורתוגונליות אקראיות ונורמלים בלתי תלויים," arXiv:1704.05205.
arXiv: arXiv: 1704.05205

[25] A. C. Dixon, "על סכום הקוביות של המקדמים בהתפשטות מסוימת על ידי המשפט הבינומי", שליח מתמטיקה 20, 79–80 (1891).

[26] I. גוד, "הוכחה קצרה ל'משפט המאסטר' של מקמאהון," ב- Mathematical Proceedings of the Cambridge Philosophical Society, vol. 58, עמ' 160–160, הוצאת אוניברסיטת קיימברידג'. 1962.
https: / / doi.org/ 10.1017 / S0305004100036318

[27] S. Garoufalidis, T. T. Lê וד. זיילברגר, "משפט המאסטר הקוונטי של MacMahon," Proceedings of the National Academy of Sciences 103, 13928–13931 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.0606003103

[28] M. Konvalinka and I. Pak, "הרחבות לא-קומוטטיביות של משפט המאסטר של MacMahon," Advances in Mathematics 216, 29–61 (2007).
https://doi.org/​10.1016/​j.aim.2007.05.020

[29] M. P. Tuite, "Some generalizations of the MacMahon Master Theorem," Journal of Combinatorial Theory, Series A 120, 92–101 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.jcta.2012.07.007

[30] V. V. Kocharovsky, V. V. Kocharovsky, and S. V. Tarasov, "The Hafnian Master Theorem", אלגברה לינארית ויישומיה 144–161 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.laa.2022.06.021

[31] W. Y. Chen, H. Galbraith, and J. Louck, "תורת התנע הזוויתי, חשבון אומברלי וקומבינטוריקה", Computers & Mathematics with Applications 41, 1199–1214 (2001).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​S0898-1221(01)00091-8

[32] BM Terhal ו-DP DiVincenzo, "סימולציה קלאסית של מעגלים קוונטיים ללא אינטראקציה עם פרמיון," Physical Review A 65, 032325 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.65.032325

[33] V. Shchesnovich, "תיאוריית אי-הבחנה חלקית לניסויים מולטיפוטונים בהתקני ריבוי יציאות," Physical Review A 91, 013844 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.91.013844

[34] D. Spivak, M. Y. Niu, B. C. Sanders, and H. de Guise, "Generalized Interference of Fermions and Bosons," Physical Review Research 4, 023013 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.4.023013

[35] E.-J. Kuo, Y. Xu, D. Hangleiter, A. Grankin, and M. Hafezi, "דגימת בוזונים עבור בוזונים כלליים," arXiv:2204.08389.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.4.043096
arXiv: arXiv: 2204.08389

[36] A. Clément, N. Heurtel, S. Mansfield, S. Perdrix, and B. Valiron, "LO$_text{v}$-Calculus: A Graphical Language for Linear Optical Quantum Circuits," arXiv:2204.11787.
https: / / doi.org/ 10.4230 / LIPIcs.MFCS.2022.35
arXiv: arXiv: 2204.11787

[37] G. De Felice and B. Coecke, "Quantum Linear Optics via String Diagrams," arXiv:2204.12985.
arXiv: arXiv: 2204.12985

[38] B. Peropadre, G. G. Guerreschi, J. Huh, ו-A. Asspuru-Guzik, "הצעה לדגימת בוזונים במיקרוגל," מכתבי סקירה פיזית 117, 140505 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.117.140505

[39] S. Girvin, "מצבי חתול שרדינגר במעגל qed," arXiv:1710.03179.
arXiv: arXiv: 1710.03179

[40] X. Gu, A. F. Kockum, A. Miranowicz, Y.-x. ליו, ופ. נורי, "פוטוניקת מיקרוגל עם מעגלים קוונטיים מוליכים", פיזיקה דוחות 718, 1-102 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physrep.2017.10.002

[41] J. Huh, "אלגוריתם קוונטי מהיר לחישוב מטריצה ​​קבועה," arXiv:2205.01328.
arXiv: arXiv: 2205.01328

[42] S. Aaronson and T. Hance, "Generalizing and Derandomizing Gurvits's Approximation Algorithm for the Permanent", מידע קוונטי. מחשוב. 14, 541–559 (2014).
https: / / doi.org/ 10.26421 / QIC14.7-8-1

[43] S. Chin ו-J. Huh, "הסכמה כללית בדגימת בוזונים", דוחות Scientific 8, 1–9 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41598-018-24302-5

[44] מ.-ה. Yung, X. Gao, and J. Huh, "אוניברסלי קשור לדגימת בוזונים באופטיקה ליניארית וההשלכות החישוביות שלה," סקירת מדע לאומי 6, 719–729 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1093/​nsr/​nwz048

[45] V. S. Shchesnovich, "על המורכבות הקלאסית של דגימה מהפרעות קוונטיות של בוזונים בלתי מובחנים", International Journal of Quantum Information 18, 2050044 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1142 / S0219749920500446

[46] D.M. Jackson, "האיחוד של בעיות ספירה מסוימות עבור רצפים", Journal of Combinatorial Theory, Series A 22, 92–96 (1977).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0097-3165(77)90066-8

[47] F. R. Cardoso, D. Z. Rossato, G. P. Fernandes, G. Higgins, ו-C. J. Villas-Boas, "סופרפוזיציה של מצבים סחוטים בשני מצבים לעיבוד מידע קוונטי וחישה קוונטית," Physical Review A 103, 062405 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.103.062405

[48] A. P. Lund, A. Laing, S. Rahimi-Keshari, T. Rudolph, J. L. O'Brien, and T. C. Ralph, "דגימת בוזונים ממצב גאוס", מכתבי סקירה פיזית 113, 100502 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.113.100502

[49] J. P. Olson, K. P. Seshadreesan, K. R. Motes, P. P. Rohde, ו- J. P. Dowling, "דגימת מצבי סחיטה שרירותיים שנוספו לפוטונים או מופחתים של פוטון היא באותה מחלקת מורכבות כמו דגימת בוזונים," Physical Review A 91, (022317).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.91.022317

[50] CS Hamilton, R. Kruse, L. Sansoni, S. Barkhofen, C. Silberhorn, and I. Jex, "דגימת בוזון גאוסי," מכתבי סקירה פיזית 119, 170501 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.170501

[51] A. Lund, S. Rahimi-Keshari, and T. Ralph, "דגימת בוזונים מדויקת באמצעות מדידות גאוס רציפות-משתנים," Physical Review A 96, 022301 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.96.022301

[52] L. Chakhmakhchyan ו-N. J. Cerf, "דגימת בוזונים עם מדידות גאוס," Physical Review A 96, 032326 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.96.032326

[53] U. Chabaud, T. Douce, D. Markham, P. Van Loock, E. Kashefi, and G. Ferrini, "דגימה רציפה של משתנים ממצבים סחוטים שנוספו לפוטונים או מופחתים בפוטון," Physical Review A 96, 062307 ( 2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.96.062307

[54] N. Quesada, J. M. Arrazola, ו-N. Killoran, "דגימת בוזון גאוסי באמצעות גלאי סף," Physical Review A 98, 062322 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.062322

[55] A. Deshpande, A. Mehta, T. Vincent, N. Quesada, M. Hinsche, M. Ioannou, L. Madsen, J. Lavoie, H. Qi, J. Eisert, et al., "יתרון חישובי קוונטי באמצעות גבוה דגימת בוזון גאוס ממדי," Science advances 8, 7894 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1126/​sciadv.abi7894

מצוטט על ידי

בול זמן:

עוד מ יומן קוונטים