计算矩多面体——聚焦于张量、纠缠和矩阵乘法
张量是数学、计算机科学和物理学中的基本概念。通过代数几何和表示论对张量的研究,在代数复杂性理论和量子信息领域已证明极具成果。特别是,矩多胞体已被理解扮演着关键角色。在量子信息中,矩多胞体(亦称纠缠多胞体)为单粒子量子边缘问题提供了框架,并给出了纠缠的几何表征。在代数复杂性领域,它们支撑着捕捉渐近张量关系的量子泛函。最近,矩多胞体还成为计算机科学和优化领域中新兴的缩放算法方向的基础。
尽管这些多胞体具有基础性地位并受到多角度关注,人们对其认知仍存在大量空白——特别是对于超越C²⊗C²⊗C²和C²⊗C²⊗C²⊗C²的张量,相关计算仅零星存在。该研究团队基于Franz在《李理论杂志》2002年提出的数学描述,开发了计算张量矩多胞体(实际上适用于一般约化代数群矩多胞体)的新算法。
该算法使研究人员能够计算维度比传统方法高一个数量级的张量矩多胞体,首次确定性地计算出C³⊗C³⊗C³中所有张量的矩多胞体,并以高概率完成C⁴⊗C⁴⊗C⁴(包含2×2矩阵乘法张量)的计算。该工作还探讨了这些显式矩多胞体如何引发出多个新的理论方向和研究成果。