QAC$^0$ is the class of constant-depth quantum circuits with polynomially many ancillary qubits, where Toffoli gates on arbitrarily many qubits are allowed. In this work, we show that the parity function cannot be computed in QAC$^0$, resolving a long-standing open problem in quantum circuit complexity more than twenty years old. As a result, this proves ${\rm QAC}^0 \subsetneqq {\rm QAC}_{\rm wf}^0$. We also show that any QAC circuit of depth $d$ that approximately computes parity on $n$ bits requires $2^{\widetilde{\Omega}(n^{1/d})}$ ancillary qubits, which is close to tight. This implies a similar lower bound on approximately preparing cat states using QAC circuits. Finally, we prove a quantum analog of the Linial-Mansour-Nisan theorem for QAC$^0$. This implies that, for any QAC$^0$ circuit $U$ with $a={\rm poly}(n)$ ancillary qubits, and for any $x\in\{0,1\}^n$, the correlation between $Q(x)$ and the parity function is bounded by ${1}/{2} + 2^{-\widetilde{\Omega}(n^{1/d})}$, where $Q(x)$ denotes the output of measuring the output qubit of $U|x,0^a\rangle$. All the above consequences rely on the following technical result. If $U$ is a QAC$^0$ circuit with $a={\rm poly}(n)$ ancillary qubits, then there is a distribution $\mathcal{D}$ of bounded polynomials of degree polylog$(n)$ such that with high probability, a random polynomial from $\mathcal{D}$ approximates the function $\langle x,0^a| U^\dag Z_{n+1} U |x,0^a\rangle$ for a large fraction of $x\in \{0,1\}^n$. This result is analogous to the Razborov-Smolensky result on the approximation of AC$^0$ circuits by random low-degree polynomials.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
143+阅读 · 2020年7月6日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
28+阅读 · 2019年10月18日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
学习自然语言处理路线图
专知会员服务
137+阅读 · 2019年9月24日
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年5月29日
可解释的CNN
CreateAMind
17+阅读 · 2017年10月5日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
基于LDA的主题模型实践(三)
机器学习深度学习实战原创交流
23+阅读 · 2015年10月12日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
相关VIP内容
相关资讯
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年5月29日
可解释的CNN
CreateAMind
17+阅读 · 2017年10月5日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
基于LDA的主题模型实践(三)
机器学习深度学习实战原创交流
23+阅读 · 2015年10月12日
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员