The computational complexity of simulating the dynamics of physical quantum systems is a central question at the interface of quantum physics and computer science. In this work, we address this question for the simulation of exponentially large bosonic Hamiltonians with quadratic interactions. We present two results: First, we introduce a broad class of quadratic bosonic problems for which we prove that they are $\mathsf{BQP}$-complete. Importantly, this class includes two known $\mathsf{BQP}$-complete problems as special cases: Classical oscillator networks and continuous-time quantum walks. Second, we show that extending the aforementioned class to even more general quadratic Hamiltonians results in a $\mathsf{PostBQP}$-hard problem. This reveals a sharp transition in the complexity of simulating large quantum systems on a quantum computer, as well as in the difference in complexity between their simulation on classical and quantum computers.


翻译:模拟物理量子系统动力学的计算复杂度是量子物理与计算机科学交叉领域的核心问题。本文针对具有二次相互作用的指数大规模玻色子哈密顿量的模拟问题展开研究,取得两项成果:首先,我们定义了一类广义二次玻色子问题,并证明其具有$\mathsf{BQP}$完全性。值得注意的是,该问题类包含两个已知的$\mathsf{BQP}$完全问题作为特例:经典振子网络与连续时间量子游走。其次,我们证明将上述问题类扩展至更一般的二次哈密顿量将导致$\mathsf{PostBQP}$困难问题。这一发现揭示了量子计算机模拟大规模量子系统复杂度的陡峭跃迁,以及经典计算机与量子计算机在模拟此类系统时存在的本质复杂度差异。

0
下载
关闭预览

相关内容

CVPR 2022 将于2022年 6 月 21-24 日在美国的新奥尔良举行。CVPR是IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition的缩写,即IEEE国际计算机视觉与模式识别会议。该会议是由IEEE举办的计算机视觉和模式识别领域的顶级会议,会议的主要内容是计算机视觉与模式识别技术。

知识荟萃

精品入门和进阶教程、论文和代码整理等

更多

查看相关VIP内容、论文、资讯等
专知会员服务
37+阅读 · 2021年9月12日
如何理解模型的过拟合与欠拟合,以及如何解决?
七月在线实验室
12+阅读 · 2019年4月23日
从Seq2seq到Attention模型到Self Attention(二)
量化投资与机器学习
23+阅读 · 2018年10月9日
从Seq2seq到Attention模型到Self Attention(一)
量化投资与机器学习
76+阅读 · 2018年10月8日
概率图模型体系:HMM、MEMM、CRF
机器学习研究会
30+阅读 · 2018年2月10日
最新|深度离散哈希算法,可用于图像检索!
全球人工智能
14+阅读 · 2017年12月15日
【直观详解】信息熵、交叉熵和相对熵
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年11月7日
完全图解RNN、RNN变体、Seq2Seq、Attention机制
AI研习社
13+阅读 · 2017年9月5日
各种相似性度量及Python实现
机器学习算法与Python学习
11+阅读 · 2017年7月6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 · 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
0+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
0+阅读 · 2014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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 5月25日
Arxiv
0+阅读 · 5月10日
VIP会员
最新内容
综述 | 3D场景图:开放挑战与未来方向
专知会员服务
4+阅读 · 6月22日
21世纪的无人机战争
专知会员服务
4+阅读 · 6月22日
《量子技术的军事任务技术适配与利用》
专知会员服务
5+阅读 · 6月22日
美国从乌克兰无人机战争中学习经验
专知会员服务
7+阅读 · 6月21日
ICML 2026 | 面向视觉语言模型的语义鲁棒性认证
专知会员服务
5+阅读 · 6月21日
相关VIP内容
专知会员服务
37+阅读 · 2021年9月12日
相关资讯
如何理解模型的过拟合与欠拟合,以及如何解决?
七月在线实验室
12+阅读 · 2019年4月23日
从Seq2seq到Attention模型到Self Attention(二)
量化投资与机器学习
23+阅读 · 2018年10月9日
从Seq2seq到Attention模型到Self Attention(一)
量化投资与机器学习
76+阅读 · 2018年10月8日
概率图模型体系:HMM、MEMM、CRF
机器学习研究会
30+阅读 · 2018年2月10日
最新|深度离散哈希算法,可用于图像检索!
全球人工智能
14+阅读 · 2017年12月15日
【直观详解】信息熵、交叉熵和相对熵
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年11月7日
完全图解RNN、RNN变体、Seq2Seq、Attention机制
AI研习社
13+阅读 · 2017年9月5日
各种相似性度量及Python实现
机器学习算法与Python学习
11+阅读 · 2017年7月6日
相关基金
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 · 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
0+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
0+阅读 · 2014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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员