We investigate the dividing line between classical and quantum computational power in estimating properties of matrix functions. More precisely, we study the computational complexity of two primitive problems: given a function $f$ and a Hermitian matrix $A$, compute a matrix element of $f(A)$ or compute a local measurement on $f(A)|0\rangle^{\otimes n}$, with $|0\rangle^{\otimes n}$ an $n$-qubit reference state vector, in both cases up to additive approximation error. We consider four functions -- monomials, Chebyshev polynomials, the time evolution function, and the inverse function -- and probe the complexity across a broad landscape covering different problem input regimes. Namely, we consider two types of matrix inputs (sparse and Pauli access), matrix properties (norm, sparsity), the approximation error, and function-specific parameters. We identify BQP-complete forms of both problems for each function and then toggle the problem parameters to easier regimes to see where hardness remains, or where the problem becomes classically easy. As part of our results we make concrete a hierarchy of hardness across the functions; in parameter regimes where we have classically efficient algorithms for monomials, all three other functions remain robustly BQP-hard, or hard under usual computational complexity assumptions. In identifying classically easy regimes, among others, we show that for any polynomial of degree $\mathrm{poly}(n)$ both problems can be efficiently classically simulated when $A$ has $O(\log n)$ non-zero coefficients in the Pauli basis. This contrasts with the fact that the problems are BQP-complete in the sparse access model even for constant row sparsity, whereas the stated Pauli access efficiently constructs sparse access with row sparsity $O(\log n)$. Our work provides a catalog of efficient quantum and classical algorithms for fundamental linear-algebra tasks.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

牛津大学最新《计算代数拓扑》笔记书,107页pdf
专知会员服务
42+阅读 · 2022年2月17日
专知会员服务
21+阅读 · 2021年7月31日
神经常微分方程教程,50页ppt,A brief tutorial on Neural ODEs
专知会员服务
71+阅读 · 2020年8月2日
【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
143+阅读 · 2020年7月6日
ExBert — 可视化分析Transformer学到的表示
专知会员服务
31+阅读 · 2019年10月16日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
基于深度元学习的因果推断新方法
图与推荐
11+阅读 · 2020年7月21日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
概率图模型体系:HMM、MEMM、CRF
机器学习研究会
30+阅读 · 2018年2月10日
可解释的CNN
CreateAMind
17+阅读 · 2017年10月5日
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17日
基于LDA的主题模型实践(三)
机器学习深度学习实战原创交流
23+阅读 · 2015年10月12日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
相关VIP内容
相关资讯
基于深度元学习的因果推断新方法
图与推荐
11+阅读 · 2020年7月21日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
概率图模型体系:HMM、MEMM、CRF
机器学习研究会
30+阅读 · 2018年2月10日
可解释的CNN
CreateAMind
17+阅读 · 2017年10月5日
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17日
基于LDA的主题模型实践(三)
机器学习深度学习实战原创交流
23+阅读 · 2015年10月12日
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员