量子物理
[提交于 2018年12月11日
(v1)
,最后修订 2019年4月15日 (此版本, v3)]
标题: 量子查询复杂性的正则语言三重性
标题: A Quantum Query Complexity Trichotomy for Regular Languages
摘要: 我们提出了一个关于正则语言量子查询复杂性的三重定理。 每个正则语言的量子查询复杂度为 Theta(1)、~Theta(sqrt n) 或 Theta(n)。 正则语言的极端一致性使其无法具有其他渐近复杂度。 这与甚至上下文无关语言形成对比,我们证明它们可以具有查询复杂度 Theta(n^c),其中 c 是 [1/2,1] 中的所有可计算值。 我们的结果意味着正则语言的近似度存在等效的三重定理,并且对于敏感度、块敏感度、证书复杂度、确定性查询复杂度和随机查询复杂度,存在二重定理——要么是 Theta(1),要么是 Theta(n)。 分类定理的核心是一个显式的量子算法,该算法可以在 ~O(sqrt n) 时间内决定任何无星语言的成员资格。 这一被广泛研究的正则语言家族有许多有趣的特性,例如,作为可以在自然数的小于关系上用一阶逻辑表达的句子的语言。 因此,不仅无星语言可以表示如 OR 这样的函数,还可以表示如“存在一对 2,使得它们之间的所有内容都是 0”这样的函数。 因此,我们将无星语言的算法视为对 Grover 算法的非平凡推广,它将量子二次加速扩展到比以前已知更广泛的字符串处理算法范围。 我们展示了各种应用——针对动态常数深度布尔公式的新的量子算法、平衡括号嵌套常数层深、二进制加法、受限的单词拆分问题以及窄网格中的路径发现——所有这些都是我们分类定理的直接结果。
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