We propose quantum subroutines for the simplex method that avoid classical computation of the basis inverse. For an $m \times n$ constraint matrix with at most $d_c$ nonzero elements per column, at most $d$ nonzero elements per column or row of the basis, basis condition number $\kappa$, and optimality tolerance $\epsilon$, we show that pricing can be performed in $\tilde{O}(\frac{1}{\epsilon}\kappa d \sqrt{n}(d_c n + d m))$ time, where the $\tilde{O}$ notation hides polylogarithmic factors. If the ratio $n/m$ is larger than a certain threshold, the running time of the quantum subroutine can be reduced to $\tilde{O}(\frac{1}{\epsilon}\kappa d^{1.5} \sqrt{d_c} n \sqrt{m})$. The steepest edge pivoting rule also admits a quantum implementation, increasing the running time by a factor $\kappa^2$. Classically, pricing requires $O(d_c^{0.7} m^{1.9} + m^{2 + o(1)} + d_c n)$ time in the worst case using the fastest known algorithm for sparse matrix multiplication, and $O(d_c^{0.7} m^{1.9} + m^{2 + o(1)} + m^2n)$ with steepest edge. Furthermore, we show that the ratio test can be performed in $\tilde{O}(\frac{t}{\delta} \kappa d^2 m^{1.5})$ time, where $t, \delta$ determine a feasibility tolerance; classically, this requires $O(m^2)$ time in the worst case. For well-conditioned sparse problems the quantum subroutines scale better in $m$ and $n$, and may therefore have a worst-case asymptotic advantage. An important feature of our paper is that this asymptotic speedup does not depend on the data being available in some "quantum form": the input of our quantum subroutines is the natural classical description of the problem, and the output is the index of the variables that should leave or enter the basis.


翻译:我们为简单方法提议量子路程,以避免经典地计算基数反。对于美元=n美元约束矩阵,每列最多为$_c$的非零元素,每列或每行最多为$非零元素,基质数$\kapa美元,最佳度容忍度$\epsilon美元,我们显示价格可以以$(tilde{O}(frac{1\hussilen ⁇ kappa d=qrt}(d_crentral){r_n}(d_c n+dm)美元进行。对于美元速率(d_centrode),美元=美元=美元=美元=美元=美元=美元=美元=美元=美元=美元=美元=美元=美元=美元=美元=美元=美元=美元=美元=美元=美元=美元=美元=美元=美元=美元=美元=美元=美元=美元=美元=美元=美元=美元=美元=美元=美元=美元=美元=數數=數=數值=數=數值=美元=美元=數數數數數數數數數數數值在數數數數數數數數數數數值在數值中, 數數值=數數數數數數數數數數數數在數數數在數數數數數數數數數數在數數數數數數在數在數數數數數數數在數數數數數數數數數數數數在數數數數數數數數在數在數數數數數數數數數數數數數在數數數數數數數數數數數在數數數數數數數數數在數

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