Group convolutions and cross-correlations, which are equivariant to the actions of group elements, are commonly used in mathematics to analyze or take advantage of symmetries inherent in a given problem setting. Here, we provide efficient quantum algorithms for performing linear group convolutions and cross-correlations on data stored as quantum states. Runtimes for our algorithms are logarithmic in the dimension of the group thus offering an exponential speedup compared to classical algorithms when input data is provided as a quantum state and linear operations are well conditioned. Motivated by the rich literature on quantum algorithms for solving algebraic problems, our theoretical framework opens a path for quantizing many algorithms in machine learning and numerical methods that employ group operations.


翻译:组变和交叉关系是群体元素行动的等值,通常用于数学分析或利用特定问题设置中固有的对称。在这里,我们提供高效的量子算法,用于进行线性群变和以量子状态储存的数据的交叉对称。我们算法的运行时间在组的维度上是对数,因此在提供量子状态和线性操作条件良好的情况下,与古典算法相比,可以加速指数化速度。根据关于解决代数问题的量子算法的丰富文献,我们的理论框架开辟了在机器学习中量化许多算法和采用组操作的数字方法的途径。

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