The minimum cut problem in an undirected and weighted graph $G$ is to find the minimum total weight of a set of edges whose removal disconnects $G$. We completely characterize the quantum query and time complexity of the minimum cut problem in the adjacency matrix model. If $G$ has $n$ vertices and edge weights at least $1$ and at most $\tau$, we give a quantum algorithm to solve the minimum cut problem using $\tilde O(n^{3/2}\sqrt{\tau})$ queries and time. Moreover, for every integer $1 \le \tau \le n$ we give an example of a graph $G$ with edge weights $1$ and $\tau$ such that solving the minimum cut problem on $G$ requires $\Omega(n^{3/2}\sqrt{\tau})$ many queries to the adjacency matrix of $G$. These results contrast with the classical randomized case where $\Omega(n^2)$ queries to the adjacency matrix are needed in the worst case even to decide if an unweighted graph is connected or not. In the adjacency array model, when $G$ has $m$ edges the classical randomized complexity of the minimum cut problem is $\tilde \Theta(m)$. We show that the quantum query and time complexity are $\tilde O(\sqrt{mn\tau})$ and $\tilde O(\sqrt{mn\tau} + n^{3/2})$, respectively, where again the edge weights are between $1$ and $\tau$. For dense graphs we give lower bounds on the quantum query complexity of $\Omega(n^{3/2})$ for $\tau > 1$ and $\Omega(\tau n)$ for any $1 \leq \tau \leq n$. Our query algorithm uses a quantum algorithm for graph sparsification by Apers and de Wolf (FOCS 2020) and results on the structure of near-minimum cuts by Kawarabayashi and Thorup (STOC 2015) and Rubinstein, Schramm and Weinberg (ITCS 2018). Our time efficient implementation builds on Karger's tree packing technique (STOC 1996).


翻译:在未定向且加权的平面 $G$ 中,最小的裁量问题在于找到一组不切实际的边缘的最低总重量。 此外,对于每整值 1 le tau 美元 。 我们在相邻矩阵模型中完全描述最小裁量问题的量量查询和时间复杂性。 如果$有至少1美元和最多$的脊椎和边缘重量, 我们给出一个量子算法来解决最小裁量问题, 使用 $O (n ⁇ 3/2 ⁇ 2 ⁇ sqrt) 查询美元 。 这些结果与直观的离数( 美元 ) 查询和时间( 美元 美元) 。 在最接近的平面 3美元 美元 和 美元 美元 的平面上, 在最接近的平面 平面上, 以美元 美元 平面的平面 。

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