We prove the expected disturbance caused to a quantum system by a sequence of randomly ordered two-outcome projective measurements is upper bounded by the square root of the probability that at least one measurement in the sequence accepts. We call this bound the \textit{Gentle Random Measurement Lemma}. We also extend the techniques used to prove this lemma to develop protocols for problems in which we are given sample access to an unknown state $\rho$ and asked to estimate properties of the accepting probabilities $\text{Tr}[M_i \rho]$ of a set of measurements $\{M_1, M_2, ... , M_m\}$. We call these types of problems \textit{Quantum Event Learning Problems}. In particular, we show randomly ordering projective measurements solves the Quantum OR problem, answering an open question of Aaronson. We also give a Quantum OR protocol which works on non-projective measurements and which outperforms both the random measurement protocol analyzed in this paper and the protocol of Harrow, Lin, and Montanaro. However, this protocol requires a more complicated type of measurement, which we call a \textit{Blended Measurement}. When the total (summed) accepting probability of unlikely events is bounded, we show the random and blended measurement Quantum OR protocols developed in this paper can also be used to find a measurement $M_i$ such that $\text{Tr}[M_i \rho]$ is large. We call the problem of finding such a measurement \textit{Quantum Event Finding}. Finally, we show Blended Measurements also give a sample-efficient protocol for \textit{Quantum Mean Estimation}: a problem in which the goal is to estimate the average accepting probability of a set of measurements on an unknown state.


翻译:我们通过随机订购双向投影测量的序列,证明对量子系统的预期扰动是由数量系统的随机排序导致的。我们称之为“Textit{Gentle随机测量 Lemma} 。我们还扩展了用于证明这个 Lemmma 的技巧,以针对我们抽样进入未知状态时遇到的问题制定规程。我们还要求估算接受概率的属性 $\ text{Tr} [M_i\r] 的一组测量的平方根值 $_M_1, M_2,........., M_ho_$。我们称之为这些类型的问题 \ textitle 随机随机随机随机测量 解决了量子或问题, 回答Aaronson的开放问题。我们给一个量子或数协议提供非预测性测量的原理, 并且这也超越了本文分析的随机测量协议, Lin_M_ 和 Montana_ 。然而, 我们的测算过程最终要求我们用一个复杂的协议来显示这样的协议的概率。

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