An important theoretical problem in the study of quantum computation, that is also practically relevant in the context of near-term quantum devices, is to understand the computational power of hybrid models, that combine poly-time classical computation with short-depth quantum computation. Here, we consider two such models: CQ_d which captures the scenario of a polynomial-time classical algorithm that queries a d-depth quantum computer many times; and QC_d which is more analogous to measurement-based quantum computation and captures the scenario of a d-depth quantum computer with the ability to change the sequence of gates being applied depending on measurement outcomes processed by a classical computation. Chia, Chung & Lai (STOC 2020) and Coudron & Menda (STOC 2020) showed that these models (with d=log^O(1) (n)) are strictly weaker than BQP (the class of problems solvable by poly-time quantum computation), relative to an oracle, disproving a conjecture of Jozsa in the relativised world. We show that, despite the similarities between CQ_d and QC_d, the two models are incomparable, i.e. CQ_d $\nsubseteq$ QC_d and QC_d $\nsubseteq$ CQ_d relative to an oracle. In other words, there exist problems that one model can solve but not the other and vice versa. We do this by considering new oracle problems that capture the distinctions between the two models and by introducing the notion of an intrinsically stochastic oracle, an oracle whose responses are inherently randomised, which is used for our second result. While we leave showing the second separation relative to a standard oracle as an open problem, we believe the notion of stochastic oracles could be of independent interest for studying complexity classes which have resisted separation in the standard oracle model. Our constructions also yield simpler oracle separations between the hybrid models and BQP, compared to earlier works.


翻译:量子计算研究中的一个重要理论问题,在近期量子装置的背景下,也实际相关,是理解混合模型的计算力,混合模型的计算力将多时古典计算与短期量子计算相结合。这里,我们考虑两种这样的模型:C ⁇ d,它捕捉多米时古典算法的假想,该算法可以多次查询深度量子计算机;QC_d,它更类似于基于计量量子计算,并捕捉一个深量计算机的假想,它能够根据古典计算结果的测量结果改变门的序列。Chia, Chung & Lai (STOC 2020) 和Coudron & Menda (STOC 2020) 显示,这些模型(带有 d=logíO(1) (n) ) 的假想非常弱于BQP(通过多时量量计算可以识别的问题类别), 与一个或第二个模型相比, 它可以扭曲 Jazsaa 的测算法, 但是, 我们显示,尽管Cá 和Qax 的变变数 或变数的变数 的变数是一个新的 QQ.

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