The analysis of the computational power of single-query quantum algorithms is important because they must extract maximal information from one oracle call, revealing fundamental limits of quantum advantage and enabling optimal, resource-efficient quantum computation. This paper proposes a formulation of single-query quantum decision trees as weighted graphs. This formulation has the advantage that it facilitates the analysis of the $L_1$ spectral norm of the algorithm output. This advantage is based on the fact that a high $L_1$ spectral norm of the output of a quantum decision tree is a necessary condition to outperform its classical counterpart. We propose heuristics for maximizing the $L_{1}$ spectral norm, show how to combine weighted graphs to generate sequences with strictly increasing norm, and present functions exhibiting exponential quantum advantage. Finally, we establish a necessary condition linking single-query quantum advantage to the asymptotic growth of measurement projector dimensions.


翻译:单查询量子算法的计算能力分析具有重要意义,因为它们必须从一次预言机调用中提取最大信息,这揭示了量子优势的基本限制,并支持实现资源最优的高效量子计算。本文提出将单查询量子决策树表述为加权图。该表述的优势在于便于分析算法输出的$L_1$谱范数。这一优势基于以下事实:量子决策树输出具有较高的$L_1$谱范数是其超越经典对应算法的必要条件。我们提出了最大化$L_{1}$谱范数的启发式方法,展示了如何组合加权图以生成谱范数严格递增的序列,并给出了呈现指数级量子优势的函数实例。最后,我们建立了一个将单查询量子优势与测量投影子维度的渐近增长联系起来的必要条件。

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决策树(Decision Tree)是在已知各种情况发生概率的基础上,通过构成决策树来求取净现值的期望值大于等于零的概率,评价项目风险,判断其可行性的决策分析方法,是直观运用概率分析的一种图解法。由于这种决策分支画成图形很像一棵树的枝干,故称决策树。在机器学习中,决策树是一个预测模型,他代表的是对象属性与对象值之间的一种映射关系。Entropy = 系统的凌乱程度,使用算法ID3, C4.5和C5.0生成树算法使用熵。这一度量是基于信息学理论中熵的概念。 决策树是一种树形结构,其中每个内部节点表示一个属性上的测试,每个分支代表一个测试输出,每个叶节点代表一种类别。 分类树(决策树)是一种十分常用的分类方法。他是一种监管学习,所谓监管学习就是给定一堆样本,每个样本都有一组属性和一个类别,这些类别是事先确定的,那么通过学习得到一个分类器,这个分类器能够对新出现的对象给出正确的分类。这样的机器学习就被称之为监督学习。

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