Sampling from the stationary distribution is one of the fundamental tasks of Markov chain-based algorithms and has important applications in machine learning, combinatorial optimization and network science. For the quantum case, qsampling from Markov chains can be constructed as preparing quantum states with amplitudes arbitrarily close to the square root of a stationary distribution instead of classical sampling from a stationary distribution. In this paper, a new qsampling algorithm for all reversible Markov chains is constructed by discrete-time quantum walks and works without any limit compared with existing results. In detail, we build a qsampling algorithm that not only accelerates non-regular graphs but also keeps the speed-up of existing quantum algorithms for regular graphs. In non-regular graphs, the invocation of the quantum fast-forward algorithm accelerates existing state-of-the-art qsampling algorithms for both discrete-time and continuous-time cases, especially on sparse graphs. Compared to existing algorithms we reduce log n, where n is the number of graph vertices. In regular graphs, our result matches other quantum algorithms, and our reliance on the gap of Markov chains achieves quadratic speedup compared with classical cases. For both cases, we reduce the number of ancilla qubits required compared to the existing results. In some widely used graphs and a series of sparse graphs where stationary distributions are difficult to reach quickly, our algorithm is the first algorithm to achieve complete quadratic acceleration (without log factor) over the classical case without any limit. To enlarge success probability amplitude amplification is introduced. We construct a new reflection on stationary state with fewer ancilla qubits and think it may have independent application.


翻译:固定分布的抽样是Markov 链式算法的基本任务之一, 并且具有机器学习、 组合优化和网络科学中的重要应用。 在量子实例中, 可以从 Markov 链子上采集量子值, 以任意接近固定分布平方根的振幅制成量子状态, 而不是从固定分布的经典抽样制成。 在本文中, 所有可逆的 Markov 链子的新的振幅算法, 是由离散时间量子漫步和工作与现有结果相比没有任何限制构建的。 详细来说, 我们建立一个不仅加速非常规的图表, 而且还保持常规图表中现有量子值算的加速度。 在非常规的图表中, 量子快速向前的算法加速了现有状态和连续时间案例, 特别是在稀释的图表上。 与现有的算法相比, 我们减少日志的数值, 也就是完全的数值向不固定的直位数, 在常规的图表中, 将我们的正轨值向下推算算结果 。 在正常的图表中, 将我们使用的正态中, 将比的正态速度推算算结果 。 。 将我们用来的正态向其它的正态变数推算结果 。

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马尔可夫链,因安德烈·马尔可夫(A.A.Markov,1856-1922)得名,是指数学中具有马尔可夫性质的离散事件随机过程。该过程中,在给定当前知识或信息的情况下,过去(即当前以前的历史状态)对于预测将来(即当前以后的未来状态)是无关的。 在马尔可夫链的每一步,系统根据概率分布,可以从一个状态变到另一个状态,也可以保持当前状态。状态的改变叫做转移,与不同的状态改变相关的概率叫做转移概率。随机漫步就是马尔可夫链的例子。随机漫步中每一步的状态是在图形中的点,每一步可以移动到任何一个相邻的点,在这里移动到每一个点的概率都是相同的(无论之前漫步路径是如何的)。
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