We study the problem of determining if the mode of the output distribution of a quantum circuit given as a black-box is larger than a given threshold. We design a quantum algorithm for a promised version of this problem whose space complexity is logarithmic in the size of the domain of the distribution. Developing on top of that we further design an algorithm to estimate the largest probability among the outcomes of that circuit. This allows to revisit a few recently studied problems in the few-qubits scenario, namely $k$-distinctness and its gapped version, estimating the largest frequency in an array, and estimating the min-entropy of a distribution. In particular, our algorithm for $k$-distinctness on $n$-sized $m$-valued arrays requires $O(\log n + \log m)$ qubits compared to $\Omega(poly(n))$ qubits required by all the previous algorithms, and its query complexity is optimal for $k=\Omega(n)$. We also study reductions between the above problems and derive better lower bounds for some of them. The time-complexities of our algorithms have a small overhead over their query complexities making them efficiently implementable on currently available quantum backends.


翻译:我们研究确定以黑盒形式提供的量子电路输出分布模式是否大于给定阈值的问题。 我们为该问题承诺的版本设计一个量子算法, 其空间复杂性在分布范围范围内是对数的。 此外, 我们进一步设计一个算法, 以估计该电路结果的最大概率。 这样可以重新研究几个位数设想中最近研究的几个问题, 即 $k$ 的分辨度及其偏差版本, 估计一个阵列中的最大频率, 估计一个分布的微粒。 我们还研究上述问题之间的减少, 并且为某些这类问题绘制更低的底线。 我们目前对可获取的磁盘进行时间- complex 。

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