In the Exact Quantum Query model, almost all of the Boolean functions for which non-trivial query algorithms exist are symmetric in nature. The most well known quantum algorithms in this domain are parity decision trees, in which the parity of two bits can be obtained using a single query. Thus, exact quantum query algorithms outperforming parity decision trees are rare. In this paper we explore a class of $\Omega \left( 2^{\frac{\sqrt{n}}{2}} \right)$ non-symmetric Boolean functions that we design based on Direct Sum Constructions. The (classical) Deterministic Query Complexity $D(f)$ of all functions in this class is $n$. We design a family of exact quantum query algorithms for this class of functions that require $\lfloor \frac{3n}{4} \rfloor$ queries and we show that and our family of algorithms is optimal, outperforming any possible generalized parity decision tree technique. The generalized parity decision tree model is a stronger version of the parity decision tree model in which parity of any $i \leq n$ bits can be obtained in a single query. For example, we can show a class of function for which using our strategy requires $\lfloor \frac{3n}{4} \rfloor$ queries, compared to $n-1$ in generalized parity decision tree technique. We achieve this separation by designing a new generic exact quantum algorithm that is based on analyzing the $\mathbb{F}_2$ polynomial of a function and un-entangling multiple qubits in a single query whose states are dependent on input values, which gives us the advantage for the said classes of functions. To the best of our knowledge, this is the first family of algorithms beyond generalized parity (and thus parity) for a general class of non-symmetric functions.


翻译:在Exact Quantum Query 模型中,存在非三角查询算法的布林函数几乎全部都是对称性质。这个域中最著名的量子算法是等式决定树, 其中两个位的等值可以用单一查询获得。 因此, 精确量子查询算法比对等决定树要少见。 在本文中, 我们探索一个等级$\ Omega\ left ( 2 ⁇ frac =sqrt{n ⁇ 2\\right) 的非对称性布尔函数。 我们根据直接 Sum Constructions设计的非对称性布林函数。 (古典) 确定性Quality Querality $(f) 。 在这个类中, 精确量子查询算算算算算算算算法, 需要$lglexx 的直數值 。

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