Broadly applicable quantum advantage, particularly in classical data processing and machine learning, has been a fundamental open problem. In this work, we prove that a small quantum computer of polylogarithmic size can perform large-scale classification and dimension reduction on massive classical data by processing samples on the fly, whereas any classical machine achieving the same prediction performance requires exponentially larger size. Furthermore, classical machines that are exponentially larger yet below the required size need superpolynomially more samples and time. We validate these quantum advantages in real-world applications, including single-cell RNA sequencing and movie review sentiment analysis, demonstrating four to six orders of magnitude reduction in size with fewer than 60 logical qubits. These quantum advantages are enabled by quantum oracle sketching, an algorithm for accessing the classical world in quantum superposition using only random classical data samples. Combined with classical shadows, our algorithm circumvents the data loading and readout bottleneck to construct succinct classical models from massive classical data, a task provably impossible for any classical machine that is not exponentially larger than the quantum machine. These quantum advantages persist even when classical machines are granted unlimited time or if BPP=BQP, and rely only on the correctness of quantum mechanics. Together, our results establish machine learning on classical data as a broad and natural domain of quantum advantage and a fundamental test of quantum mechanics at the complexity frontier.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

Processing 是一门开源编程语言和与之配套的集成开发环境(IDE)的名称。Processing 在电子艺术和视觉设计社区被用来教授编程基础,并运用于大量的新媒体和互动艺术作品中。
大模型数学推理数据合成相关方法
专知会员服务
36+阅读 · 2025年1月19日
专知会员服务
21+阅读 · 2021年8月1日
【电子书】大数据挖掘,Mining of Massive Datasets,附513页PDF
专知会员服务
105+阅读 · 2020年3月22日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
推荐系统算法合集,满满都是干货(建议收藏)
七月在线实验室
17+阅读 · 2018年7月23日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
9+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
8+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
DeepSeek 版Claude Code,免费小白安装教程来了!
专知会员服务
7+阅读 · 5月5日
《美空军条令出版物 2-0:情报(2026版)》
专知会员服务
12+阅读 · 5月5日
帕兰提尔 Gotham:一个游戏规则改变器
专知会员服务
6+阅读 · 5月5日
【综述】 机器人学习中的世界模型:全面综述
专知会员服务
11+阅读 · 5月4日
伊朗的导弹-无人机行动及其对美国威慑的影响
相关VIP内容
大模型数学推理数据合成相关方法
专知会员服务
36+阅读 · 2025年1月19日
专知会员服务
21+阅读 · 2021年8月1日
【电子书】大数据挖掘,Mining of Massive Datasets,附513页PDF
专知会员服务
105+阅读 · 2020年3月22日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
9+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
8+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员