量子物理
[提交于 2025年5月1日
(v1)
,最后修订 2025年7月7日 (此版本, v2)]
标题: 在估计量子$\ell_α$距离
标题: On estimating the quantum $\ell_α$ distance
摘要: 我们研究在给定 $\operatorname{poly}(n)$大小的状态制备电路的 $n$量子比特量子态 $\rho_0$和 $\rho_1$的情况下,通过施坦纳 $\alpha$-范数 $\|A\|_{\alpha} = \mathrm{tr}(|A|^{\alpha})^{1/\alpha}$定义的量子 $\ell_{\alpha}$距离 ${\mathrm{T}_\alpha}(\rho_0,\rho_1)$的计算复杂性。 这个量为$\alpha > 1$的迹距离提供了一个下界。 对于任何常数$\alpha > 1$,我们开发了一个高效的与秩无关的量子估计器,用于${\mathrm{T}_\alpha}(\rho_0,\rho_1)$,其时间复杂度为$\operatorname{poly}(n)$,相比 Wang、Guan、Liu、Zhang 和 Ying(TIT 2024)之前的最佳结果$\exp(n)$实现了指数级加速。 我们的改进利用了在量子奇异值变换中可高效计算的带符号正幂函数的统一多项式逼近,从而消除了对量子态秩的依赖。 我们的量子算法揭示了与Schatten$\alpha$-范数的量子态可区分性问题(QSD$_{\alpha}$)的计算复杂性中的二分法,该问题涉及判断${\mathrm{T}_\alpha}(\rho_0,\rho_1)$是否至少为$2/5$或至多为$1/5$。 这种二分法出现在常数$\alpha > 1$和$\alpha=1$的情况下: - 对于任何$1+\Omega(1) \leq \alpha \leq O(1)$,QSD$_{\alpha}$是$\mathsf{BQP}$-完备的。 - 对于任何$1 \leq \alpha \leq 1+\frac{1}{n}$,QSD$_{\alpha}$是$\mathsf{QSZK}$完全的,这意味着除非$\mathsf{BQP} = \mathsf{QSZK}$,否则不存在有效的量子估计器用于$\mathrm{T}_\alpha(\rho_0,\rho_1)$。硬度结果来自于基于新的与秩相关的不等式对于量子$\ell_{\alpha}$距离与$1\leq \alpha \leq \infty$的约简,这些不等式具有独立的兴趣。
文献和引用工具
与本文相关的代码,数据和媒体
alphaXiv (什么是 alphaXiv?)
CatalyzeX 代码查找器 (什么是 CatalyzeX?)
DagsHub (什么是 DagsHub?)
Gotit.pub (什么是 GotitPub?)
Hugging Face (什么是 Huggingface?)
带有代码的论文 (什么是带有代码的论文?)
ScienceCast (什么是 ScienceCast?)
演示
推荐器和搜索工具
arXivLabs:与社区合作伙伴的实验项目
arXivLabs 是一个框架,允许合作伙伴直接在我们的网站上开发和分享新的 arXiv 特性。
与 arXivLabs 合作的个人和组织都接受了我们的价值观,即开放、社区、卓越和用户数据隐私。arXiv 承诺这些价值观,并且只与遵守这些价值观的合作伙伴合作。
有一个为 arXiv 社区增加价值的项目想法吗? 了解更多关于 arXivLabs 的信息.