量子物理
[提交于 2025年3月7日
(v1)
,最后修订 2025年3月21日 (此版本, v2)]
标题: 在量子DPP采样器中绕过正交化
标题: Bypassing orthogonalization in the quantum DPP sampler
摘要: 给定一个秩为$r$的$n\times r$矩阵$X$,考虑采样$r$个整数$\mathtt{C}\subset \{1, \dots, n\}$的问题,其概率与由$\mathtt{C}$索引的$X$行的平方行列式成比例。 $\mathtt{C}$的分布被称为投影行列式点过程(DPP)。 经典的采样DPP的算法分为两步,在$\mathcal{O}(nr^2)$中进行正交化,然后进行相同成本的采样步骤。 最近量子方法在DPP采样中的瓶颈仍然是最初的正交化步骤。 例如,(Kerenidis和Prakash, 2022) 提出了一种算法,具有相同的$\mathcal{O}(nr^2)$正交化,然后进行$\mathcal{O}(nr)$的经典步骤以在量子电路中找到门。 因此,经典的$\mathcal{O}(nr^2)$正交化仍然主导着成本。 我们第一个贡献是将预处理减少到归一化$X$的列,得到$\mathsf{X}$在$\mathcal{O}(nr)$经典操作中。 我们表明,一个受 Kerenidis 等人,2022 年形式主义启发的简单电路采样了一种我们在应用中从未遇到过的 DPP,这与我们的目标 DPP 不同。 将此电路插入拒绝采样过程后,我们在预期$1/\det \mathsf{X}^\top\mathsf{X} = 1/a$次量子电路准备后恢复了我们的目标 DPP。 使用幅度放大,我们的第二个贡献是在电路深度为$\mathcal{O}(r\log n/\sqrt{a})$且额外需要$\mathcal{O}(\log n)$个量子比特的代价下,将接受概率从$a$提高到$1-a$。 在对$a$进行快速的基于草图的经典近似之前,我们获得了一个在量子计算机上采样投影DPP的流程,其中之前的$\mathcal{O}(nr^2)$预处理瓶颈已被$\mathcal{O}(nr)$的列归一化成本以及我们对$a$的近似成本所取代。
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