We establish the first general connection between the design of quantum algorithms and circuit lower bounds. Specifically, let $\mathfrak{C}$ be a class of polynomial-size concepts, and suppose that $\mathfrak{C}$ can be PAC-learned with membership queries under the uniform distribution with error $1/2 - \gamma$ by a time $T$ quantum algorithm. We prove that if $\gamma^2 \cdot T \ll 2^n/n$, then $\mathsf{BQE} \nsubseteq \mathfrak{C}$, where $\mathsf{BQE} = \mathsf{BQTIME}[2^{O(n)}]$ is an exponential-time analogue of $\mathsf{BQP}$. This result is optimal in both $\gamma$ and $T$, since it is not hard to learn any class $\mathfrak{C}$ of functions in (classical) time $T = 2^n$ (with no error), or in quantum time $T = \mathsf{poly}(n)$ with error at most $1/2 - \Omega(2^{-n/2})$ via Fourier sampling. In other words, even a marginal improvement on these generic learning algorithms would lead to major consequences in complexity theory. Our proof builds on several works in learning theory, pseudorandomness, and computational complexity, and crucially, on a connection between non-trivial classical learning algorithms and circuit lower bounds established by Oliveira and Santhanam (CCC 2017). Extending their approach to quantum learning algorithms turns out to create significant challenges. To achieve that, we show among other results how pseudorandom generators imply learning-to-lower-bound connections in a generic fashion, construct the first conditional pseudorandom generator secure against uniform quantum computations, and extend the local list-decoding algorithm of Impagliazzo, Jaiswal, Kabanets and Wigderson (SICOMP 2010) to quantum circuits via a delicate analysis. We believe that these contributions are of independent interest and might find other applications.


翻译:我们建立了量子算法设计与电路下界之间的第一个一般连接。 具体地说, $\ mathfrak{C} 美元是一个多式数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数组数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数组数级数级数组数级数级数级数级数( 数级数级数级数级数组数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数组数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数级数

0
下载
关闭预览

相关内容

深度强化学习策略梯度教程,53页ppt
专知会员服务
176+阅读 · 2020年2月1日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
57+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
144+阅读 · 2019年10月12日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
168+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
90+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
99+阅读 · 2019年10月9日
MIT新书《强化学习与最优控制》
专知会员服务
270+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
25+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3日
Ray RLlib: Scalable 降龙十八掌
CreateAMind
8+阅读 · 2018年12月28日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
Disentangled的假设的探讨
CreateAMind
9+阅读 · 2018年12月10日
Hierarchical Disentangled Representations
CreateAMind
4+阅读 · 2018年4月15日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
【学习】Hierarchical Softmax
机器学习研究会
4+阅读 · 2017年8月6日
Arxiv
0+阅读 · 2022年2月2日
Arxiv
7+阅读 · 2021年5月25日
Arxiv
4+阅读 · 2020年3月19日
Optimization for deep learning: theory and algorithms
Arxiv
102+阅读 · 2019年12月19日
Arxiv
8+阅读 · 2018年5月15日
VIP会员
相关VIP内容
深度强化学习策略梯度教程,53页ppt
专知会员服务
176+阅读 · 2020年2月1日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
57+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
144+阅读 · 2019年10月12日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
168+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
90+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
99+阅读 · 2019年10月9日
MIT新书《强化学习与最优控制》
专知会员服务
270+阅读 · 2019年10月9日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
25+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3日
Ray RLlib: Scalable 降龙十八掌
CreateAMind
8+阅读 · 2018年12月28日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
Disentangled的假设的探讨
CreateAMind
9+阅读 · 2018年12月10日
Hierarchical Disentangled Representations
CreateAMind
4+阅读 · 2018年4月15日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
【学习】Hierarchical Softmax
机器学习研究会
4+阅读 · 2017年8月6日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员