A recent line of work has shown the unconditional advantage of constant-depth quantum computation, or $\mathsf{QNC^0}$, over $\mathsf{NC^0}$, $\mathsf{AC^0}$, and related models of classical computation. Problems exhibiting this advantage include search and sampling tasks related to the parity function, and it is natural to ask whether $\mathsf{QNC^0}$ can be used to help compute parity itself. We study $\mathsf{AC^0\circ QNC^0}$ -- a hybrid circuit model where $\mathsf{AC^0}$ operates on measurement outcomes of a $\mathsf{QNC^0}$ circuit, and conjecture $\mathsf{AC^0\circ QNC^0}$ cannot even achieve $\Omega(1)$ correlation with parity. As evidence for this conjecture, we prove: $\bullet$ When the $\mathsf{QNC^0}$ circuit is ancilla-free, this model achieves only negligible correlation with parity. $\bullet$ For the general (non-ancilla-free) case, we show via a connection to nonlocal games that the conjecture holds for any class of postprocessing functions that has approximate degree $o(n)$ and is closed under restrictions, even when the $\mathsf{QNC^0}$ circuit is given arbitrary quantum advice. By known results this confirms the conjecture for linear-size $\mathsf{AC^0}$ circuits. $\bullet$ Towards the a switching lemma for $\mathsf{AC^0\circ QNC^0}$, we study the effect of quantum preprocessing on the decision tree complexity of Boolean functions. We find that from this perspective, nonlocal channels are no better than randomness: a Boolean function $f$ precomposed with an $n$-party nonlocal channel is together equal to a randomized decision tree with worst-case depth at most $\mathrm{DT}_\mathrm{depth}[f]$. Our results suggest that while $\mathsf{QNC^0}$ is surprisingly powerful for search and sampling, that power is "locked away" in the global correlations of its output, inaccessible to simple classical computation for solving decision problems.


翻译:近期一系列工作展示了恒定深度量子计算(即$\mathsf{QNC^0}$)相对于$\mathsf{NC^0}$、$\mathsf{AC^0}$及相关经典计算模型具有无条件优势。体现这种优势的问题包括与奇偶函数相关的搜索和采样任务,自然引发了一个疑问:$\mathsf{QNC^0}$能否用于帮助计算奇偶函数本身?我们研究$\mathsf{AC^0\circ QNC^0}$——一种混合电路模型,其中$\mathsf{AC^0}$对$\mathsf{QNC^0}$电路的测量结果进行操作,并猜想$\mathsf{AC^0\circ QNC^0}$甚至无法实现与奇偶函数的$\Omega(1)$相关性。为支持这一猜想,我们证明: • 当$\mathsf{QNC^0}$电路无辅助比特时,该模型仅能实现与奇偶函数的可忽略相关性。 • 对于一般(含辅助比特)情况,通过与非局域游戏的关联表明:当后处理函数类具有近似度$o(n)$且在限制下封闭时,即使$\mathsf{QNC^0}$电路获得任意量子先验信息,该猜想仍成立。根据已知结果,这证实了线性规模$\mathsf{AC^0}$电路下的猜想。 • 为建立$\mathsf{AC^0\circ QNC^0}$的切换引理,我们研究量子预处理对布尔函数决策树复杂度的影响。我们发现,从该视角看,非局域信道并不比随机性更优:将布尔函数$f$与$n$方非局域信道预复合后,等价于最坏情况深度不超过$\mathrm{DT}_\mathrm{depth}[f]$的随机化决策树。我们的结果表明,尽管$\mathsf{QNC^0}$在搜索和采样任务中惊人地强大,但这种能力被“锁定”在其输出的全局相关性中,无法被简单经典计算用于解决判定问题。

0
下载
关闭预览

相关内容

牛津大学最新《计算代数拓扑》笔记书,107页pdf
专知会员服务
44+阅读 · 2022年2月17日
专知会员服务
50+阅读 · 2021年6月2日
专知会员服务
33+阅读 · 2021年3月7日
ExBert — 可视化分析Transformer学到的表示
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月16日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
学习自然语言处理路线图
专知会员服务
140+阅读 · 2019年9月24日
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
论文浅尝 | 利用 RNN 和 CNN 构建基于 FreeBase 的问答系统
开放知识图谱
11+阅读 · 2018年4月25日
CNN 反向传播算法推导
统计学习与视觉计算组
30+阅读 · 2017年12月29日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
基于LDA的主题模型实践(三)
机器学习深度学习实战原创交流
23+阅读 · 2015年10月12日
国家自然科学基金
2+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
2+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
3+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
VIP会员
最新内容
《通过小型无人机系统将情报能力“作战化”》
专知会员服务
1+阅读 · 今天7:28
消耗优势:美军的“精确规模化”概念
专知会员服务
7+阅读 · 6月15日
《离线语言支持系统:面向空战战术决策》
专知会员服务
8+阅读 · 6月15日
俄乌战场地面机器人如何改写战争规则
专知会员服务
9+阅读 · 6月14日
相关资讯
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
论文浅尝 | 利用 RNN 和 CNN 构建基于 FreeBase 的问答系统
开放知识图谱
11+阅读 · 2018年4月25日
CNN 反向传播算法推导
统计学习与视觉计算组
30+阅读 · 2017年12月29日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
基于LDA的主题模型实践(三)
机器学习深度学习实战原创交流
23+阅读 · 2015年10月12日
相关基金
国家自然科学基金
2+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
2+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
3+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