Lớp phức tạp cho các chương trình con lượng tử lấy ở trạng thái lượng tử tùy ý làm đầu vào là gì?


15

Lớp BQP phức tạp tương ứng với các chương trình con lượng tử thời gian đa thức lấy các đầu vào cổ điển và tạo ra một đầu ra cổ điển xác suất. Lời khuyên lượng tử sửa đổi rằng bao gồm các bản sao của một số trạng thái lời khuyên lượng tử được xác định trước nhưng với đầu vào cổ điển như bình thường. Lớp phức tạp cho các chương trình con lượng tử thời gian đa thức lấy trạng thái lượng tử tùy ý làm đầu vào, với một bản sao chỉ do không nhân bản và phun ra trạng thái lượng tử làm đầu ra?


Bạn có thể chỉ định làm thế nào tùy ý trạng thái của bạn có thể được? 'bất cứ thứ gì trong không gian Hilbert', 'thứ gì đó được tạo ra bởi một nhóm kênh lượng tử thực tế nhất định', v.v.
Juan Bermejo Vega

Câu trả lời:


13

Tôi nghĩ rằng những gì bạn muốn biết là tương tự lượng tử của các lớp vấn đề chức năng. (Cảm ơn Peter Shor đã chỉ ra mô tả ngắn gọn này trong một bình luận.)

Một quá trình trừu tượng lấy trạng thái lượng tử có kích thước cố định làm đầu vào và tạo ra trạng thái lượng tử có kích thước cố định vì đầu ra được gọi là kênh lượng tử . Trong tình huống của bạn, chúng tôi không muốn sửa kích thước đầu vào hoặc kích thước đầu ra, và do đó chúng tôi tự nhiên coi một họ kênh lượng tử là tương tự lượng tử của các hàm từ chuỗi cổ điển sang chuỗi cổ điển.

Rõ ràng có thể định nghĩa lớp các họ của các kênh lượng tử có thể được thực hiện / xấp xỉ bởi các họ của các mạch lượng tử hiệu quả (với các khái niệm phù hợp về hiệu quả, tính đồng nhất và xấp xỉ). Tôi không biết lớp này có bất kỳ tên tiêu chuẩn nào không (nhưng hãy xem nhận xét của Peter Shor để được gợi ý).

Theo suy đoán của tôi, các lớp kênh lượng tử thường không được nghiên cứu vì một trong những lý do để xem xét các lớp phức tạp là để so sánh sức mạnh của các mô hình tính toán khác nhau và các lớp kênh lượng tử không thể được sử dụng để so sánh các mô hình tính toán cổ điển và lượng tử. Tuy nhiên, việc xác định và nói về các lớp như vậy là hoàn toàn tốt nếu có bất cứ điều gì thú vị có thể được chứng minh về chúng.


7
Đây là các chất tương tự lượng tử của các lớp chức năng. Bạn đặt tên cho các lớp hàm bằng cách thêm tiền tố vào tên F; ví dụ: NP là lớp quyết định và FNP là lớp chức năng tương ứng. Có lẽ, bạn nên đặt tên các lớp hàm lượng tử bằng cách đặt tiền tố QF cho tên, mang lại QFBQP cho lớp bạn muốn (sẽ được phân biệt với FBQP, lớp hàm cổ điển bạn có thể tính toán trong thời gian đa thức với lỗi giới hạn trên máy tính lượng tử) .
Peter Shor

@Peter: Cảm ơn bạn đã bình luận. Tương tự lượng tử của các lớp chức năng Đây là một cách rất hay để tóm tắt những gì tôi đang nói trong câu trả lời này và tôi đã cập nhật câu trả lời bằng mô tả đó. Hy vọng bạn không phiền.
Tsuyoshi Ito

Tôi không bận tâm chút nào.
Peter Shor

7

Một cái gì đó bạn có thể quan tâm là khái niệm về nhà tiên tri lượng tử được giới thiệu bởi Aaronson và Kuperberg trong arXiv: quant-ph / 0604056 . Trích dẫn từ bài báo của họ:

Giống như một nhà tiên tri cổ điển mô hình một chương trình con mà thuật toán có quyền truy cập hộp đen, do đó, một nhà tiên tri lượng tử mô hình một chương trình con lượng tử, có thể lấy đầu vào lượng tử và tạo ra đầu ra lượng tử.

Điều này không trả lời trực tiếp câu hỏi của bạn về định nghĩa của lớp phức tạp đại diện cho mô hình bạn mô tả. Tuy nhiên, khái niệm về nhà tiên tri lượng tử có liên quan đến lý thuyết phức tạp: trong bài báo của họ Aaronson và Kuperberg sử dụng một nhà tiên tri lượng tử để phân tách giữa QMAQCMA .


5

Tôi nghĩ rằng một lớp phức tạp cho các vấn đề quyết định , lấy trạng thái lượng tử làm đầu vào có thể có một định nghĩa mong manh. Đối với các vấn đề về lời hứa, định nghĩa sẽ nhạy cảm với các lựa chọn số hoặc về cơ bản nó sẽ giải quyết các vấn đề về quyết định / lời hứa cổ điển được mã hóa trong một số cơ sở có thể giải mã hiệu quả của các trạng thái lượng tử.

Câu trả lời của Tsuyoshi mô tả những gì tôi sẽ xem xét khái quát hóa chính xác các vấn đề chức năng. Nếu những gì bạn muốn là một sự tổng quát của các vấn đề quyết định, bạn có thể chuyên cho các gia đình của các kênh từ nΦn:L(H2n)L(H2)trạng thái -bit cho các trạng thái qubit duy nhất. Tất nhiên, một mạch lượng tử là một kênh hoàn toàn tốt; nếu chúng ta sẽ nói về việc thực hiện các kênh cụ thể bị ràng buộc về mặt tính toán, chúng ta cũng có thể chỉ nói về các họ mạch lượng tử thống nhất (hoặc về vấn đề đó, bất kỳ cách thức thống nhất nào để thực hiện bản đồ CPTP). Đối với biện pháp tốt, mạch nên kết thúc bằng phép đo cơ sở tiêu chuẩn, nếu chúng ta muốn giữ lại ngữ nghĩa của việc quyết định một cái gì đó với xác suất giới hạn.

Lρ'ρLρρ'L

LL(1), đó là một xác suất gần với sự chắc chắn hơn khi kích thước đầu vào tăng lên - và tương tự, xác suất từ ​​chối của bất kỳ trạng thái nào mà thói quen quyết định có thể từ chối cũng sẽ hội tụ về không.

Các vấn đề hứa hẹn lượng tử mà mạch QBQP (đối với các đầu vào có kích thước n ) có thể phân biệt được sau đó sẽ là

  • H2n
  • Đối với trường hợp KHÔNG, hỗn hợp các trạng thái tinh khiết trực giao với không gian con đó (hoặc ít nhất, tất cả các trạng thái chỉnh hình được cho phép theo lời hứa).

LL vấn đề quyết định hoặc lời hứa, được mã hóa ở trạng thái lượng tử, với lỗi hội tụ về không.


1
Tôi sẽ sử dụng công thức bài toán hứa hẹn để xác định các dạng tương tự lượng tử của các lớp các vấn đề quyết định vì vấn đề lỗi bị ràng buộc mà bạn đã chỉ ra trong câu trả lời này.
Tsuyoshi Ito

@TsuyoshiIto: điểm tốt, khái niệm về cơ bản là hạn chế vấn đề hứa hẹn. Tôi đã chỉnh sửa câu trả lời để chứa đựng khái niệm này.
Niel de Beaudrap

Trong trường hợp không rõ ràng, tôi không đồng ý với đoạn đầu tiên trong câu trả lời của bạn nếu chúng tôi xem xét các vấn đề về lời hứa.
Tsuyoshi Ito

@TsuyoshiIto: bạn có quyền chỉ ra rằng tôi đã không đề cập đến các vấn đề về lời hứa trong đoạn đầu tiên; đối với việc liệu bản gốc có còn chính xác cho các vấn đề về lời hứa hay không, tôi cho rằng điều này phụ thuộc vào việc bạn diễn giải 'mong manh' có nghĩa là nhạy cảm với các lựa chọn số hay không. Trong mọi trường hợp, tôi đã sửa đổi đoạn đó để phản ánh tốt hơn câu trả lời (bao gồm mô tả về độ nhạy vẫn tồn tại cho các vấn đề hứa hẹn).
Niel de Beaudrap

4

Sửa lỗi cho tôi nếu tôi sai, nhưng dường như với tôi rằng bạn quan tâm đến lớp BQP / qpoly . Định nghĩa từ Sở thú phức tạp: "Lớp các vấn đề có thể giải quyết được bằng máy BQP nhận trạng thái lượng tử ψn như lời khuyên, chỉ phụ thuộc vào độ dài đầu vào n."

Nếu là một, trong trang web, bạn có thể tìm thấy mối quan hệ của lớp này với các lớp phức tạp khác. Nếu không, trang web này cũng chứa thông tin về những gì xảy ra với BQP khi bạn sử dụng các loại lời khuyên khác nhau.

Ngoài ra còn có một công trình tương đối gần đây về " đặc tính của lời khuyên lượng tử " nơi bạn có thể tìm thấy hệ thống phân cấp sau:

Các lớp phức tạp liên quan đến bằng chứng lượng tử và lời khuyên

Tôi không biết bao nhiêu thông tin này đã có trong Complexity Zoo. Nếu bạn quan tâm đến bài báo, các tác giả cũng đã nói về nó.

Chỉnh sửa Tôi tự hỏi nếu "tùy tiện" bạn có nghĩa là một trạng thái được tạo ra bởi một quá trình lượng tử tổng quát hơn, "sự tiến hóa đơn nhất hành động trên các trạng thái cơ sở tính toán" giống như sự tiến hóa tiêu tan. Trong trường hợp cụ thể sau này, bạn không có sức mạnh tính toán nhiều hơn BQP như được trình bày trong bài viết này .


3
Tôi nghĩ rằng người hỏi đã đề cập đến lời khuyên lượng tử trong câu hỏi để làm rõ rằng những gì anh ta muốn biết khác với lời khuyên lượng tử.
Tsuyoshi Ito

Vâng, đó là lý do tại sao tôi đã nghi ngờ. Tôi không rõ có bao nhiêu "tùy tiện" nhà nước có thể trong câu hỏi. > Lớp phức tạp cho các chương trình con lượng tử thời gian đa thức lấy ở trạng thái lượng tử tùy ý làm đầu vào là gì. Tôi hiểu ở đây rằng trạng thái ban đầu "tùy ý" phải được trao cho bạn bởi một người nào đó, nhưng có lẽ người hỏi quan tâm đến các thiết lập thực tế hơn.
Juan Bermejo Vega

3

Dưới đây là một số tài liệu tham khảo về các ngôn ngữ lượng tử, nghĩa là các vấn đề quyết định với đầu vào lượng tử. Có lẽ có nhiều hơn nữa.

  1. NP lượng tử và hệ thống phân cấp lượng tử -Tomoyuki Yamakami
  2. Về sự phức tạp của ngôn ngữ lượng tử -Elham Kashefi, Carolina Moura Alves
  3. Một thử nghiệm hiệu quả cho các trạng thái sản phẩm, với các ứng dụng cho các trò chơi Merlin-Arthur lượng tử -Aram Harrow, Ashley Montanaro, DOI: 10.1109 / FOCS.2010.66, Tóm tắt: arxiv.org/abs/1001.0017v3
Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.