Despite years of effort, the quantum machine learning community has only been able to show quantum learning advantages for certain contrived cryptography-inspired datasets in the case of classical data. In this note, we discuss the challenges of finding learning problems that quantum learning algorithms can learn much faster than any classical learning algorithm, and we study how to identify such learning problems. Specifically, we reflect on the main concepts in computational learning theory pertaining to this question, and we discuss how subtle changes in definitions can mean conceptually significantly different tasks, which can either lead to a separation or no separation at all. Moreover, we study existing learning problems with a provable quantum speedup to distill sets of more general and sufficient conditions (i.e., ``checklists'') for a learning problem to exhibit a separation between classical and quantum learners. These checklists are intended to streamline one's approach to proving quantum speedups for learning problems, or to elucidate bottlenecks. Finally, to illustrate its application, we analyze examples of potential separations (i.e., when the learning problem is build from computational separations, or when the data comes from a quantum experiment) through the lens of our approach.


翻译:尽管经过多年的努力,量子机器学习社区只能表现出某些古典数据中由加密法启发的加密数据集的量子学习优势。在本说明中,我们讨论了寻找学习问题的挑战,量子学习算法比任何古典学习算法学得快得多,我们研究如何找出这种学习问题。具体地说,我们思考与这一问题有关的计算学理论中的主要概念,我们讨论定义的微妙变化如何在概念上意味着显著不同的任务,这可能导致分离或根本没有分离。此外,我们研究现有的学习问题,通过可辨别的量子加速来蒸馏一系列更一般和充分的条件(即“检查列表”的学习问题,以显示古典和量子学习者之间的分离。这些核对表旨在精简一种方法来证明学习问题的量子加速率,或澄清瓶颈。最后,为了说明其应用情况,我们分析了潜在分离的例子(例如,当学习问题从计算分解,或数据来自量子实验时)。

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