We study the problem of learning Hamiltonians $H$ that are $s$-sparse in the Pauli basis, given access to their time evolution. Although Hamiltonian learning has been extensively investigated, two issues recur in much of the existing literature: the absence of matching lower bounds and the use of mathematically convenient but physically opaque error measures. We address both challenges by introducing two physically motivated distances between Hamiltonians and designing a nearly optimal algorithm with respect to one of these metrics. The first, time-constrained distance, quantifies distinguishability through dynamical evolution up to a bounded time. The second, temperature-constrained distance, captures distinguishability through thermal states at bounded inverse temperatures. We show that $s$-sparse Hamiltonians with bounded operator norm can be learned in both distances with $O(s \log(1/ε))$ experiments and $O(s^2/ε)$ evolution time. For the time-constrained distance, we further establish lower bounds of $Ω((s/n)\log(1/ε) + s)$ experiments and $Ω(\sqrt{s}/ε)$ evolution time, demonstrating near-optimality in the number of experiments. As an intermediate result, we obtain an algorithm that learns every Pauli coefficient of $s$-sparse Hamiltonians up to error $ε$ in $O(s\log(1/ε))$ experiments and $O(s/ε)$ evolution time, improving upon several recent results. The source of this improvement is a new isolation technique, inspired by the Valiant-Vazirani theorem (STOC'85), which shows that NP is as easy as detecting unique solutions. This isolation technique allows us to query the time evolution of a single Pauli coefficient of a sparse Hamiltonian--even when the Pauli support of the Hamiltonian is unknown--ultimately enabling us to recover the Pauli support itself.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17日
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
20+阅读 · 2019年5月24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
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
22篇论文!增量学习/终生学习论文资源列表
专知
32+阅读 · 2018年12月27日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30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
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 · 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
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 · 9月10日
VIP会员
最新内容
软件定义无人机蜂群给防空带来全新压力
专知会员服务
5+阅读 · 10月13日
《半自主无人地面战车的互操作性》66页
专知会员服务
5+阅读 · 10月13日
迈向更智慧的军事情报
专知会员服务
5+阅读 · 10月12日
《美国陆军2026年野战手册 2-0 情报》
专知会员服务
5+阅读 · 10月12日
《基于启发式算法求解武器-目标分配问题》
专知会员服务
7+阅读 · 10月12日
《美陆军最新条令出版物 2-0 情报》
专知会员服务
8+阅读 · 10月10日
电子战测试与训练靶场:战前验证战备状态
专知会员服务
3+阅读 · 10月10日
《美国陆军如何作战》46页最新报告
专知会员服务
9+阅读 · 10月10日
相关VIP内容
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17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
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 · 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
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