Quantum circuits that are classically simulatable tell us when quantum computation becomes less powerful than or equivalent to classical computation. Such classically simulatable circuits are of importance because they illustrate what makes universal quantum computation different from classical computers. In this work, we propose a novel family of classically simulatable circuits by making use of dual-unitary quantum circuits (DUQCs), which have been recently investigated as exactly solvable models of non-equilibrium physics, and we characterize their computational power. Specifically, we investigate the computational complexity of the problem of calculating local expectation values and the sampling problem of one-dimensional DUQCs, and we generalize them to two spatial dimensions. We reveal that a local expectation value of a DUQC is classically simulatable at an early time, which is linear in a system length. In contrast, in a late time, they can perform universal quantum computation, and the problem becomes a BQP-complete problem. Moreover, classical simulation of sampling from a DUQC turns out to be hard.


翻译:古典模拟的量子电路告诉我们,当量子计算变得不如古典计算那么强大或等效时,这种古典模拟的电路是重要的,因为它们说明了使通用量子计算与古典计算机不同的原因。在这项工作中,我们建议建立一个新型的由古典模拟电路组成的量子电路(DUQCs)组成的新体系,它最近作为非平衡物理学的完全可溶解的模型进行了调查,我们对其计算能力进行了定性。具体地说,我们调查计算本地期望值问题的计算复杂性和单维二维DuQCs抽样问题,我们将其归纳为两个空间层面。我们揭示DuQC的局部期望值早期就具有典型的模拟性,在系统长度中是线性。相比之下,在较晚的一段时间,它们可以进行通用量子计算,而问题就成了一个BQP-完整的问题。此外,对DuQC取样的典型模拟过程很难做到。

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