Questions tagged «quantum-computing»

量子计算和与量子力学有关的计算问题

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量子近似算法
通常认为,量子计算机不可能有效解决NP完全问题。在经典情况下,解决此类问题的一种方法是使用近似算法。是否有任何关于使用量子计算的近似算法的研究,其中量子度比传统的近似方法有明显的提速? “显着”是指不一定是指数的,而是大于对应的精确算法的指数。换句话说,我有兴趣放宽我们的算法产生精确解的要求是否给量子算法带来了显着的优势。

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量子计算中的容错阈值的最佳下限是多少?
公认的是,存在用于量子计算的噪声阈值,以使得在该阈值以下,可以以这样的方式对计算进行编码,使得其以有限的概率(至多具有多项式计算开销)产生正确的结果。该阈值取决于所使用的编码和噪声的确切性质,并且在这种情况下,模拟结果通常给出的阈值要比对抗性噪声模型所能证明的要高得多。 因此,我的问题仅仅是独立随机噪声的最高下限是多少? 我所指的噪声模型是Quant-ph / 0504218中处理的噪声模型,其中Aliferis,Gottesman和Preskill证明了下限。但是请注意,我不在乎使用哪种编码类型,也不必局限于该论文中考虑的代码。由于Aliferis和Cross(Quant-ph / 0610063),我知道的最高值为。从那时起,这个价值有没有提高? 1.94 × 10 − 42.73 × 10− 52.73×10−52.73 \times 10^{-5}1.94 × 10− 41.94×10−41.94 \times 10^{-4}

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量子光学的计算复杂性
在“量子计算的要求”中,Bartlett和Sanders在下表中总结了一些已知的连续变量量子计算结果: 我的问题有三点: 九年后,是否可以填写最后一个牢房? 如果添加标题为“ Universal for BQP”的列,该列的其余部分将如何显示? Aaronson和Arkhipov的95页杰作可以总结成新的一行吗?

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我们可以量化量子算法中的“量子度”吗?
纠缠通常被认为是使量子算法变得更好的关键要素……量子,这可以追溯到贝尔州,贝尔州破坏了量子物理学作为一种隐藏状态概率模型的思想。在量子信息论中(根据我的较弱理解),纠缠也可以用作限制进行某些类型编码能力的具体资源。 但是从其他对话中(我最近坐在量子方法物理学家的博士学位委员会上),我发现纠缠很难量化,尤其是对于混合态量子态。具体地说,似乎很难说一个特定的量子态在其中具有X个纠缠单元(该学生的博士学位论文旨在尝试量化通过众所周知的门操作“加”的纠缠量)。实际上,最近的博士学位论文提出,被称为“量子不协调”的概念也可能与量化算法或状态的“量子”有关(需要)。 如果我们想将纠缠视为随机性之类的资源,那么公平地问一下如何衡量算法“需要”多少纠缠。我不是在谈论完全的反量化,而只是一种衡量数量的方法。 那么,目前是否存在任何公认的测量状态或算子或算法的“量子”的方法?

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Shor算法的2016年实现是否真的可扩展?
此问题是从计算机科学堆栈交换迁移而来的,因为可以在理论计算机科学堆栈交换中回答。 迁移 3年前。 在2016年科学论文“ 可扩展Shor算法的实现 ” [ 1 ]中,作者分解了15个仅有5个量子位的因子,这比根据[ 2 ]的表1 和[ 3的表5]所要求的8个量子位要少。]。8比特的要求来自[ 4 ] 的末尾,它指出分解一个比特数所需的qubit 数为,对于15而言为。1.5 Ñ + 2 1.5 ⋅ 4 + 2 = 8ñnn1.5 n + 21.5n+21.5n+21.5 ⋅ 4 + 2 = 81.5⋅4+2=81.5\cdot 4 + 2=8 仅使用5个量子位的论文指出,他们的算法“将作用于M个量子位的QFT替换为重复作用于单个量子位的半经典QFT”,但是这种算法对算法复杂性的后果却从未提及。 现在,对论文以“可缩放”的方式声称因子15的批评遭到了严厉批评,正如他们在第2节中所说的那样,Shor算法的复杂性论点不再成立。但是,这种批评在任何地方都没有得到证实,《科学》杂志不断以Shor算法的“可扩展”版本而广受赞誉。“可伸缩” Shor算法的复杂性是什么? [ 1 ] Monz 等。(2016)科学。卷 351,第6277期,第1068-1070页 [ 2 …

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采样可满足的3-SAT公式
考虑以下计算任务:我们要针对均匀概率分布抽样一个由变量(变体:变量子句)组成的3-SAT公式,条件是该公式可满足:Ñ 米ñnnñnn米mm 问题1:能否通过传统计算机(带有随机位)有效地实现这一点? 问题2:量子计算机能否有效地实现这一目标? 我也对以下两个变体感兴趣: V2:对所有公式进行抽样,并获得概率分布,该概率分布使可满足的公式的权重是不满足的公式的权重的两倍。 V3:您在其中权重是满足要求的作业数量的示例(此处仅关注Q2)。 更新: Colins的答案演示了V3的简单算法。(我假设这在传统上是困难的,这是错误的。)让我提及所有三个问题的另一个变体: 您需要预先指定子句,并且需要对输入子句的随机可满足子集进行采样。米mm

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联合树问题的随机查询复杂度
Childs等人在2003年发表的重要论文。引入了“联合树问题”:一个承认指数量子加速的问题,这与我们所知道的任何其他此类问题都不一样。在这个问题中,我们得到了一个指数级的图形,如下图所示,它由两个深度为n的完整二叉树组成,它们的叶子通过一个随机周期相互连接。我们提供了ENTRANCE顶点的标签。我们还提供了一个预言机,该预言机给定任何顶点的标签,告诉我们其相邻节点的标签。我们的目标是找到EXIT顶点(可以轻松识别,它是图形中除ENTRANCE顶点之外唯一的2度顶点)。我们可以假设标签是随机的长字符串,因此,以极大的概率,除ENTRANCE顶点以外的其他顶点由oracle赋予。 查尔兹等。表明量子游走算法能够简单地遍历该图,并在poly(n)步骤之后找到EXIT顶点。相比之下,他们还表明,任何经典的随机算法都需要exp(n)步骤才能高概率地找到EXIT顶点。他们将其下界表示为Ω(2 n / 6),但我认为仔细检查其证明会得出Ω(2 n / 2)。直观地讲,这是因为以极大的概率,图上的随机游走(甚至是自我规避的游走等)将在广阔的中间区域停留一段指数时间:任何时候,步行者开始向出口走去,远离EXIT的大量边缘将作为“排斥力”,将其推向中间。 他们对参数进行形式化的方式是表明,直到访问〜2 n / 2个顶点之前,随机算法甚至都没有在图中找到任何循环:到目前为止,所看到的诱导子图只是一棵树,没有提供有关退出顶点可能在哪里的任何信息。 我有兴趣更精确地确定此问题的随机查询复杂度。我的问题是这样的: 谁能提出一种经典算法,以不到2 n的步长找到EXIT顶点,比如O(2 n / 2)或O(2 2n / 3)?或者,有人能给出比Ω(2 n / 2)更好的下界吗? (请注意,根据生日悖论,在O(2 n / 2)个步骤之后在图形中查找循环并不难。问题是,是否可以使用循环来获取有关EXIT顶点在哪里的任何线索。) 如果有人可以改善超过Ω(2 n / 2)的下界,那么据我所知,这将提供具有指数量子加速比的黑盒问题的第一个可证明示例,其随机查询复杂度大于√N 。(其中N〜2 n是问题大小。) 更新:我从安德鲁·柴尔兹(Andrew Childs)那里了解到,在本笔记中,芬纳(Fenner)和张(Zhang)明确将联合树的随机下界提高到Ω(2 n / 3)。如果他们愿意接受恒定的(​​而不是指数上较小的)成功概率,我相信他们可以将界限进一步提高到Ω(2 n / 2)。

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SU(3)的通用门套?
在量子计算中,我们经常对一组特殊的operators算子G对于某些d维系统给出的正好是整个SU(d)或什至只是SU(d)的密集覆盖提供的近似值的情况感兴趣。 一组有限阶,例如d维系统C(d)的Clifford组,将不会给出密集的覆盖。如果该组是Abelian,则无序的组将不会给出密集的覆盖。但是,我的直觉是,克利福德集团的无限数量的闸门和基础变更操作足以提供密集的掩护。 形式上,我的问题是: 我有一个G组,它是SU(d)的一个子组。G具有无限阶,并且C(d)是G的子组。所有这样的G是否都提供SU(d)的密集覆盖。 请注意,我对d> 2的情况特别感兴趣。 我将Clifford组定义如下:http : //arxiv.org/abs/quant-ph/9802007

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用量子计算机对凸多面体进行近似采样
量子计算机非常适合采样分布,而我们不知道如何使用经典计算机进行采样。例如,如果f是一个布尔函数(从至- 1 ,1),其能够在多项式时间来计算,然后用我们可以有效样品根据分布通过傅立叶展开描述量子计算机的 (我们不知道如何使用经典计算机来完成。){ - 1 ,1 }ñ{-1个,1个}ñ\{-1,1\}^n- 1 ,1-1个,1个{-1,1} 我们是否可以使用量子计算机对d变量中n个不等式所描述的多面体中的随机点进行采样或近似采样? 从不平等转移到要点,在我看来有点类似于“转变”。而且,即使您修改了分布,例如,考虑由多面体的超平面或其他某些事物描述的高斯分布的乘积,我也会很高兴看到一种量子算法。 几点评论:Dyer,Frieze和Kannan发现了著名的古典多项式时间算法,可以近似采样和近似计算多面体的体积。该算法基于随机游动和快速混合。因此,我们想为同一目的找到一种不同的量子算法。(好的,我们可以希望量子算法也可以在这种情况下导致我们不知道经典地做事。但是首先,我们想要的只是一个不同的算法,这必须是可能的。) 第二,我们甚至不坚持对均匀分布进行近似采样。我们很乐意对其他一些很好的分布进行采样,而这些分布在我们的多面体中得到了大致支持。Santosh Vampala(还有我在另一种情况下)有一个论点从采样到优化:如果要优化f(x)样本以找到典型的f(x)的点y。添加约束{f(x)> = f(y)}并重复。


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BosonSampling论文如何避免对复杂矩阵进行简单分类?
Scott Aaronson和Alex Arkhipov 在“线性光学的计算复杂性”(ECCC TR10-170)中指出,如果经典计算机可以有效地模拟量子计算机,则多项式层次将崩溃至第三级。激励问题是从由线性光学网络定义的分布中采样。这种分布可以表示为特定矩阵的永久性。在经典情况下,矩阵的所有项都是非负的,因此存在概率多项式时间算法,如Mark Jerrum,Alistair Sinclair和Eric Vigoda(JACM 2004,doi:10.1145 / 1008731.1008738)。在量子情况下,条目是复数。请注意,在一般情况下(当条目不要求是非负数时),Valiant的经典1979年结果即使在一个恒定因子内也无法近似永久值。 本文定义了由矩阵A定义的分布和一个采样问题d一种DAD_A一种AA BosonSampling 输入:矩阵样本:来自分布D A一种AA d一种DAD_A 使用硬度结果似乎不足以证明经典世界和量子世界之间存在分离,因为特定量子设置中的矩阵类别有可能全部采用特殊形式。它们可能具有复杂的条目,但仍可能具有很多结构。因此,即使一般问题是#P-hard,也可能存在针对此类矩阵的有效采样过程。 如何在论文中使用BosonSampling避免简单分类? 本文使用了许多我在量子复杂性方面没有的背景知识。考虑到该站点上的所有量子人物,我非常感谢朝着正确方向发展的指针。如果要发现在特定实验设置中看到的复值矩阵类别实际上对应于易于采样的一类分布,这些论点将如何成立?还是量子系统中固有的某种东西可以保证不会发生这种情况?

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一立方厘米适合多少计算能力?
这个问题是Aadita Mehra提出的有关DNA算法的问题的后续。 Joe Fitzsimmons在评论中说: 为了避免这种情况,系统的半径必须与质量成比例。计算能力在质量上最多呈线性比例。因此,您的机械的指数数量具有指数半径。由于您无法以比光更快的速度发出信号,因此从一侧到另一侧的信号要花费指数级的时间才能到达另一侧,因此,如果所有的机械都有助于解决问题,那么不可能以小于指数的速度解决问题时间。 我的问题分为两个部分。 (1)形式化诸如“计算能力在质量上至多呈线性比例”之类的陈述的最佳方式是什么?这句话真的不值得辩论吗? (2)假设陈述为真。即使这样,自然界是否已经进行了我们可能能够利用的指数级预处理,例如通过“蛮力随机化”的进化过程创建视觉系统。 我已经听到并阅读了许多此类问题的软(伪科学)答案,对于在此给出的任何答案,我将不胜感激,但我对如何重铸(1)和(2)最为感兴趣。在TCS严格要求下。


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有界深度概率分布
关于有限深度计算的两个相关问题: 1)假设您以n位开始,并且以位i开始可以独立于0或1,并且概率为p(i)。(如果使问题更简单,我们可以假定所有p(i)均为0,1或1/2。甚至都是1/2。) 现在,您需要进行无数次的计算。在每个回合中,您对不相交的位集应用可逆的经典门。(修复您最喜欢的一组通用经典可逆门。) 最后,您将获得n位字符串上的概率分布。是否有限制这种分布的结果? 我正在寻找类似于Hastad交换引理,Boppana的结果,即总影响较小或LMN定理。 2)与1)相同的问题,但具有有限深度量子电路。

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后果?
尽管阿德曼定理表明,但我尚不了解任何文献研究可能包含。这种包含将带来什么复杂性理论的后果?BPP⊆P/polyBPP⊆P/poly\mathsf{BPP} \subseteq \mathsf{P}/\text{poly}BQP⊆P/polyBQP⊆P/poly\mathsf{BQP} \subseteq \mathsf{P}/\text{poly} 阿德曼定理有时被称为“去随机化论证的始祖”。被认为是可随机化的,而没有证据表明的“量子性” 可以通过某种方式消除。这是否可能证明不太可能位于?BPPBPP\mathsf{BPP}BQPBQP\mathsf{BQP}BQPBQP\mathsf{BQP}P/polyP/poly\mathsf{P}/\text{poly}

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