量子时间下界:通过排列不变性方法

文献中已有关于量子样本复杂度和量子查询复杂度的紧界,但量子时间复杂度(即量子电路规模)的紧界仍悬而未决。本文提出一个框架,通过从量子样本复杂度归约,建立量子态置换不变性测试中量子时间复杂度的下界。应用该框架,在给定输入量子态样本访问权限时,获得一系列匹配下界,包括:1. Buhrman、Cleve、Watrous和de Wolf(Phys. Rev. Lett. 2001)提出的SWAP测试在估计纯度 \(\operatorname{tr}(ρ^2)\) 和内积 \(\operatorname{tr}(ρσ)\) 时达到时间最优;2. Ekert、Alves、Oi、Horodecki、Horodecki和Kwek(Phys. Rev. Lett. 2002)提出的Shift测试在估计高阶泛函 \(\operatorname{tr}(ρ^k)\) 时达到时间最优;3. Harrow和Montanaro(J. ACM 2013)提出的多体纯态乘积性测试器达到时间最优;4. Lloyd、Mohseni和Rebentrost(Nat. Phys. 2014)提出的LMR协议在实现纯态反射算符时达到时间最优;5. Wang和Zhang(IEEE Trans. Inf. Theory 2025)提出的采样器对纯态达到时间最优;6. Wang和Zhang(ICALP 2026)提出的纯态迹距离和保真度估计器达到时间最优。据该团队所知,这是首个能够系统性地建立量子时间复杂度紧下界的方法。
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提交arXiv: 2026-06-03 17:03

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