单向通信复杂度中的Gottesman-Knill极限:将量子优势溯源至魔术态

弗伦克尔和维纳最近的重要研究结果表明:在共享随机性(SR)条件下,若一方接收经典输入而远端一方产生经典输出,凡可由d维量子系统实现的输入-输出关联,总能被同等维度的经典系统复现。然而在考虑第二方额外输入变量的通讯复杂度任务中,量子系统的优越性已被证实。本文证明:当量子协议仅限于稳定子态制备与稳定子测量时,在共享随机性条件下,所有基于素数维量子系统的单向通讯复杂度协议,均可通过传输同维度经典系统精确模拟。这与量子计算中的戈特斯曼-奈尔定理形成直接类比——该定理将量子优势归因于非稳定子(或称“魔法”)资源。该研究团队发现这类资源同样对实现单向通讯复杂度中的量子优势具有决定性作用,并进一步通过具体案例展示“最小魔法”即足以提供可证明的量子优势,凸显此类资源在通讯复杂度中的高效运用。

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