Given a dataset of input states, measurements, and probabilities, is it possible to efficiently predict the measurement probabilities associated with a quantum circuit? Recent work of Caro and Datta (2020) studied the problem of PAC learning quantum circuits in an information theoretic sense, leaving open questions of computational efficiency. In particular, one candidate class of circuits for which an efficient learner might have been possible was that of Clifford circuits, since the corresponding set of states generated by such circuits, called stabilizer states, are known to be efficiently PAC learnable (Rocchetto 2018). Here we provide a negative result, showing that proper learning of CNOT circuits is hard for classical learners unless $\textsf{RP} = \textsf{NP}$. As the classical analogue and subset of Clifford circuits, this naturally leads to a hardness result for Clifford circuits as well. Additionally, we show that if $\textsf{RP} = \textsf{NP}$ then there would exist efficient proper learning algorithms for CNOT and Clifford circuits. By similar arguments, we also find that an efficient proper quantum learner for such circuits exists if and only if $\textsf{NP} \subseteq \textsf{RQP}$.


翻译:考虑到输入状态、测量和概率的数据集,能否有效地预测与量子电路相关的测量概率?Caro和Datta(202020年)最近的工作从信息理论角度研究了PAC学习量子电路的问题,从而留下了计算效率的开放问题。特别是,一个可能具有高效学习者的候选电路类别,即克里福德电路,因为已知此类电路产生的一套相应的国家,称为稳定状态,是可有效学习的(Rocchetto 2018) 。在这里,我们提供了一个负面结果,表明对古典学习者来说,适当学习CNOT电路是困难的,除非$\ textsf{RP}=\ textsf{NP} = 计算效率的开放问题。作为传统模拟和克里福德电路的子组,这自然导致克里福尔电路的硬性结果。此外,我们显示,如果$\ textfsf{PR}=texts,那么对于CNOT和克里福德电路来说,只有有效的正确学习算。

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