We give a classical algorithm for linear regression analogous to the quantum matrix inversion algorithm [Harrow, Hassidim, and Lloyd, Physical Review Letters'09, arXiv:0811.3171] for low-rank matrices [Wossnig, Zhao, and Prakash, Physical Review Letters'18, arXiv:1704.06174], when the input matrix $A$ is stored in a data structure applicable for QRAM-based state preparation. Namely, suppose we are given an $A \in \mathbb{C}^{m\times n}$ with minimum non-zero singular value $\sigma$ which supports certain efficient $\ell_2$-norm importance sampling queries, along with a $b \in \mathbb{C}^m$. Then, for some $x \in \mathbb{C}^n$ satisfying $\|x - A^+b\| \leq \varepsilon\|A^+b\|$, we can output a measurement of $|x\rangle$ in the computational basis and output an entry of $x$ with classical algorithms that run in $\tilde{\mathcal{O}}\big(\frac{\|A\|_{\mathrm{F}}^6\|A\|^6}{\sigma^{12}\varepsilon^4}\big)$ and $\tilde{\mathcal{O}}\big(\frac{\|A\|_{\mathrm{F}}^6\|A\|^2}{\sigma^8\varepsilon^4}\big)$ time, respectively. This improves on previous "quantum-inspired" algorithms in this line of research by at least a factor of $\frac{\|A\|^{16}}{\sigma^{16}\varepsilon^2}$ [Chia, Gily\'en, Li, Lin, Tang and Wang, STOC'20, arXiv:1910.06151]. As a consequence, we show that quantum computers can achieve at most a factor-of-12 speedup for linear regression in this QRAM data structure setting and related settings. Our work applies techniques from sketching algorithms and optimization to the quantum-inspired literature. Unlike earlier works, this is a promising avenue that could lead to feasible implementations of classical regression in a quantum-inspired settings, for comparison against future quantum computers.


翻译:我们给出了类似于量子矩阵转换算法的线性回归经典算法。 也就是说, 当输入矩阵存储在适用于 QRAM 状态准备的数据结构中, 当输入矩阵 $A$ 用于 QRAM 的 QRAM, {Hassidim, 和Lloyd, 物理审查平流规则 09, arxiv: 08113171] 用于低级矩阵 [Wossnig, 赵 和 Prakash, 物理审查 Review Retress'18, arxiv: 1704. 06. 06174], 当输入矩阵存储在适用于 QRAM 国家准备的数据结构中, 当输入一个 $A\\ 10\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\

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