非独立同分布假设检验:从经典到量子

该团队研究了非相同分布设置下的假设检验(也称为状态认证)。最近的一项研究(Garg等人,2023年)考虑了经典情况:给定来自T个未知概率分布p₁,...,p_T(定义在[d]={1,2,...,d}上)的(独立)样本,希望接受/拒绝这些分布的平均值p_avg等于已知假设分布q的假设。Garg等人表明,如果从每个p_i仅获得c=2个样本,且当T≫d/ϵ²+1/ϵ⁴时,可以(以高概率)区分p_avg=q和d_TV(p_avg,q)>ϵ。这与经典独立同分布(iid)设置的最优结果(即T≫d/ϵ²)几乎匹配。 除了优化改进这一结果(并推广到使用更严格距离度量的容忍性检验)外,该研究还探讨了非相同量子状态假设检验的类似问题。在此,他们发现了一个意想不到的现象:对于任何d维假设状态σ,且仅给定每个状态ρ₁,...,ρ_T的一个副本(c=1),当T≫d/ϵ²时,可以区分ρ_avg=σ和D_tr(ρ_avg,σ)>ϵ。(该研究同样推广到使用更严格距离度量的容忍性检验。)这与iid情况的最优结果相匹配,这令人惊讶,因为在经典情况下,使用c=1完成此任务被证明是不可能的。 扩展未知状态之间身份检验的iid结果,该研究还表明,给定每个状态ρ₁,...,ρ_T和σ₁,...,σ_T的一个副本,当T≫d/ϵ²时,可以区分ρ_avg=σ_avg和D_tr(ρ_avg,σ_avg)>ϵ。该研究引入的一个技术工具可能具有独立意义:量子设置中的Efron–Stein不等式,以及更一般的Efron–Stein分解。

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提交arXiv: 2025-10-07 17:19
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