Even after decades of quantum computing development, examples of generally useful quantum algorithms with exponential speedups over classical counterparts are scarce. Recent progress in quantum algorithms for linear-algebra positioned quantum machine learning (QML) as a potential source of such useful exponential improvements. Yet, in an unexpected development, a recent series of "dequantization" results has equally rapidly removed the promise of exponential speedups for several QML algorithms. This raises the critical question whether exponential speedups of other linear-algebraic QML algorithms persist. In this paper, we study the quantum-algorithmic methods behind the algorithm for topological data analysis of Lloyd, Garnerone and Zanardi through this lens. We provide evidence that the problem solved by this algorithm is classically intractable by showing that its natural generalization is as hard as simulating the one clean qubit model -- which is widely believed to require superpolynomial time on a classical computer -- and is thus very likely immune to dequantizations. Based on this result, we provide a number of new quantum algorithms for problems such as rank estimation and complex network analysis, along with complexity-theoretic evidence for their classical intractability. Furthermore, we analyze the suitability of the proposed quantum algorithms for near-term implementations. Our results provide a number of useful applications for full-blown, and restricted quantum computers with a guaranteed exponential speedup over classical methods, recovering some of the potential for linear-algebraic QML to become a killer application of quantum computers.


翻译:即使在数十年的量子计算发展之后,一些普通有用的量子算法的例子也很少见。最近,在线性代数定位量子机学习的量子算法(QML)作为这种有用指数性改进的潜在来源,在线性代数仪定位量子机学习(QML)的量子算法(QML)作为这种有用指数性改进的潜在来源方面的进展。然而,在一个出乎意料的发展中,最近一系列的“消化”结果同样迅速地消除了数种QML算法指数加速率的希望。这引起了一个关键问题,即其他线性代数的QMLM算法的指数性加速率是否还在继续。在这份文件中,我们研究劳埃德、加内罗内纳和扎纳纳迪的表面数据分析算法(QMLML)背后的量子算算法(QMLA)的量衡算法(QMLM(QML)值算法(QMLA)的量级数据分析法(QLO-C)背后,我们提供了一些新的量级估测算算算法(Clialnialalalalalalalalalalalalalalal )应用的精确应用, 分析结果,提供了我们的精确性分析的精确性分析的精确性数据, QLUILUILUILU的精确性分析的精确性, QLU的精确性分析结果,提供了我们的精确性分析的精确性分析的精确性算法, QLU。

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