We consider the problem of $\textit{subgroup testing}$ for a quantum circuit $C$: given access to $C$, determine whether it implements a unitary that is $a$-close or $b$-far from a subgroup $\mathcal{G}$ of the unitary group. It encompasses the problem of exact testing, property testing and tolerant testing. In this work, we study these problems with the group $\mathcal{G}$ as the trivial subgroup (i.e. identity testing) or the Pauli or Clifford group and their $q$-ary extension, and a $\textit{promise}$ version of these problems where $C$ is promised to be in some subgroup of the unitaries that contains $\mathcal{G}$ (e.g. identity testing for Clifford circuits). Our main result is an equivalence between Pauli testing, Clifford testing and Identity testing. We derive the equivalence between Clifford and Identity testing by showing a structural property of the Clifford unitaries. Namely, that their (normalized) trace lies in the discrete set $\{2^{-k/2}: k \in \mathbb{N}\} \cup \{0\}$, regardless of the dimension. We also state and prove the analogous property for the $q$-ary Cliffords. This result allows us to analyze a very simple single-query identity test under the Clifford/Pauli promise. To prove the equivalence between Pauli and Identity testing, we analyze the conjugation action of a non-Pauli unitary on the Pauli group and show that its distance from the Pauli group affects the number of fixed points. We believe that these results are of interest, independent of their application to establish the equivalences. We use the equivalences to compare (and thus establish) computational hardness for the problems of Pauli and Clifford testing.


翻译:我们考虑的是 $\ textit{ subgroup 测试$美元对于量子电路 $C美元的问题: 给予 $C美元, 确定它是否执行一个单元单位, 美元为美元, 美元为美元, 美元为美元, 美元为美元, 美元为美元。 它包含精确测试、 财产测试和宽容测试的问题。 在这项工作中, 我们研究的是 $\ mathcal{ G} 组的这些问题, 作为小小子分组( 身份测试) 或 Pauli 或 Clifford 组的等值, 及其 $q 的扩展, 美元为美元; 确定这些问题的 美元, 美元 美元 或 美元, 美元 美元 或 美元 美元, 美元 美元, 美元, 美元 美元, 美元, 美元, 美元, 美元 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 等

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