去量子化与频谱求和估计的难度

该研究团队针对矩阵谱和(如对数行列式)的估计问题提出了新的去量子化方法和计算难度结论。近期量子算法已证明,对于稀疏、良条件、正定矩阵的行列式对数,可在与维度N的多对数时间(即poly(log(N), s, κ, 1/ε)时间内,其中s为稀疏度,κ为条件数)实现ε相对精度近似。我们发展了一种能保持维度多对数依赖性的简单去量子化技术,其经典算法运行时间为polylog(N)·s^O(√κlog κ/ε),在特定参数区间内相对先前经典算法实现指数级加速。 通过建立𝖣𝖰𝖢𝟣完全性结果,我们证明了对于对数局部哈密顿量的特定谱和(如逆矩阵迹和矩阵幂迹)估计问题,其参数缩放与已知量子算法一致。在假设𝖡𝖯𝖯≠𝖣𝖰𝖢𝟣前提下,该结果排除了具有相同缩放因子的经典算法存在性,同时解决了Cade与Montanaro(TQC 2018)关于Schatten-p范数估计复杂度的核心开放问题。 在块编码输入模型分析中,研究人员证明:当给定矩阵的块编码而非经典稀疏描述时,对于任意满足f与f⁻¹充分光滑条件的函数,估计tr[f(A)]问题在𝖣𝖰𝖢𝟣意义下具有普适完全性。最终工作还给出了高精度对数行列式估计的𝖡𝖰𝖯困难性和𝖯𝖯完全性结论。
提交arXiv: 2025-09-24 14:44

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