Кіріспе
Компьютерлік күрделілік теориясында PostBQP - бұл кванттық Тьюринг машинасында полиномиалдық уақытта шешілетін барлық есептеу проблемаларынан тұратын күрделілік класы, ол постселекция және шектелген қатемен (алгоритм барлық кіріс кезіндегі кем дегенде 2/3 уақыттың дұрыс екендігі мағынасында) жасалады. Пост-сайлау нақты компьютерде ( тіпті кванттық компьютерде де) болатын қасиет деп қарастырылмайды, бірақ соған қарамастан пост-сайлау машиналары теориялық тұрғыдан қызықты. PostBQP-дан екі негізгі ерекшеліктің (кванттық, постселекция) біреуін алып тастау келесі екі күрделілік класын береді, екеуі де PostBQP-ның кіші топтары: BQP PostBQP-мен бірдей, бірақ постселекциясыз BPPpath PostBQP-мен бірдей, бірақ квант орнына алгоритм классикалық кездейсоқ алгоритм (постселекциямен) болып табылады. Постселекция қосылуы кванттық Тьюринг машиналарын әлдеқайда қуатты етеді: Скотт Ааронсон PostBQP-нің салыстырмалы түрде қуатты деп саналатын PP-ге тең екенін дәлелдеді, ал BQP тіпті NP-ге кішірек класты қамтиды. Осыған ұқсас әдістерді қолдана отырып, Арсонсон кванттық есептеу заңдарына кішкентай өзгерістердің елеулі әсерін тигізетініне дәлел келтірді. Нақты мысал ретінде, келесі екі өзгерістердің кез-келгенінде, BQP-нің "жаңа" нұсқасы PP-ге тең болады: егер біз "кванттық қақпа" анықтамасын тек бірлік операцияларын ғана емес, сызықтық операцияларды да қамтитын етіп кеңейтетін болсақ немесе егер базалық күйді өлшеу ықтималдығы кез-келген жұп бүтін санның орнына пропорционалды болса p > 2.
BQP is the same as PostBQP except without postselection
BPPpath is the same as PostBQP except that instead of quantum, the algorithm is a classical randomized algorithm (with postselection)
The addition of postselection seems to make quantum Turing machines much more powerful: Scott Aaronson proved PostBQP is equal to PP, a class which is believed to be relatively powerful, whereas BQP is not known even to contain the seemingly smaller class NP. Using similar techniques, Aaronson also proved that small changes to the laws of quantum computing would have significant effects. As specific examples, under either of the two following changes, the "new" version of BQP would equal PP:
if we broadened the definition of 'quantum gate' to include not just unitary operations but linear operations, or
if the probability of measuring a basis state was proportional to instead of for any even integer p > 2.
=
Скотт Ааронсон күрделілік сыныптары \mathsf{PostBQP} (постселекциялық шектелген қателік кванттық полиномиялы уақыт) және PP (эксперименталды полиномиялы уақыт) тең екенін көрсетті. Нәтижесі маңызды болды, өйткені бұл кванттық есептеулер \mathsf{PP} қасиеттерінің жаңа түсінігі мен қарапайым дәлелдемелерін берді \mathsf{PP} \mathsf{PostBQP} схема отбасының әдеттегі анықтамасы - екі шығыс кубиттері P (кейінгі таңдау) және Q (шығыс) P және Q өлшемімен аяқталады, сондықтан 1 = P = 1 өлшеу ықтималдығы нөлден тыс ықтималдылыққа ие, шартты ықтималдығы Pr[Q = 1P = 1] ≥ 2/3, егер кіріс x тілде болса, және Pr[Q = 0P = 1] ≥ 2/3, егер кіріс x тілде болмаса. Техникалық себептер бойынша біз \mathsf{PostBQP} анықтамасын келесідей өзгертеміз: біз 1=Pr[P = 1] ≥ 2^(−n^(c)) контур отбасына байланысты кейбір тұрақты c үшін қажет етеміз. Бұл таңдау \mathsf{PostBQP} негізгі қасиеттеріне әсер етпейді, сондай-ақ, типтік қақпалардан тұратын кез келген есептеудің (мысалы, Хадамард, Тоффоли) 1=Pr[P = 1] > 0 болған кезде осы қасиетке ие екенін көрсетуге болады.
The usual definition of a \mathsf{PostBQP} circuit family is one with two outbit qubits P (postselection) and Q (output) with a single measurement of P and Q at the end such that the probability of measuring 1=P = 1 has nonzero probability, the conditional probability Pr[Q = 1|P = 1] ≥ 2/3 if the input x is in the language, and Pr[Q = 0|P = 1] ≥ 2/3 if the input x is not in the language. For technical reasons we tweak the definition of \mathsf{PostBQP} as follows: we require that 1=Pr[P = 1] ≥ 2^(−n^(c)) for some constant c depending on the circuit family. Note this choice does not affect the basic properties of \mathsf{PostBQP} , and also it can be shown that any computation consisting of typical gates (e. g. Hadamard, Toffoli) has this property whenever 1=Pr[P = 1] > 0.
Дәлелдеу
Бізге тіл L-ді шешу үшін \mathsf{PostBQP} схемалары берілген деп болжам жасаймыз. Жалпылықты жоғалтпай (мысалы, кванттық компьютерлердің маңызды емес қасиеттерін қараңыз), барлық қақпаларда нақты сандармен бейнеленген өтпелі матрицалар бар деп санаймыз, бұл бір кубит қосу есебінен. Ψ - іріктеуден кейінгі өлшеуді жүргізу алдындағы контурдың соңғы кванттық күйін білдірсін. Дәлелдің жалпы мақсаты - L-ді шешу үшін \mathsf{PP} алгоритмін құру. Нақтырақ айтқанда, L-дің 1=Q = 1, P = 1 жағдайларындағы Ψ-дің амплитудасының квадратын 1=Q = 0, P = 1 жағдайларындағы Ψ-дің квадратының амплитудасымен дұрыс салыстыруы жеткілікті. Негізгі түсінік - бұл амплитудаларды салыстыруды \mathsf{PP} машинасының қабылдау ықтималдығын 1/2мен салыстыруға айналдыруға болады.
PostBQP алгоритмдерінің матрицалық көрінісі
n - кіру өлшемін, 1=B = B ((n) - схемадағы кубиттердің жалпы санын (кіру, қосымша, шығару және таңдаудан кейінгі кубиттер) және 1=G = G ((n) - қақпалардың жалпы санын білдіреді. І-ші қақпаны оның ауысу матрицасы Ai (нақты бірлік матрицасы) арқылы бейнелеңіз және бастапқы күйін (нөлдермен төселген) қойыңыз. Содан кейін S1 (қадам) анықтаңыз. S0) - 1=P = 1, Q = 1 (келесі) сәйкес келетін базалық күйлердің жиынтығы. 1=P = 1, Q = 0) және ықтималдығын анықтайды \mathsf{PostBQP} анықтамасы x L-де немесе жоқ екеніне байланысты немесе оны қамтамасыз етеді. Біздің \mathsf{PP} машинасы салыстырады және осыны істеу үшін матрица көбейтудің анықтамасын кеңейтеміз: мұнда G базалық векторлардың барлық тізімдері бойынша жиынтық алынады және осы терминдердің жұптық өнімдерінің қосындысы ретінде білдірілуі мүмкін.
The definition of \mathsf{PostBQP} ensures that either or according to whether x is in L or not. Our \mathsf{PP} machine will compare and In order to do this, we expand the definition of matrix multiplication:
where the sum is taken over all lists of G basis vectors Now and can be expressed as a sum of pairwise products of these terms. Intuitively, we want to design a machine whose acceptance probability is something like , since then would imply that the acceptance probability is , while would imply that the acceptance probability is .
Техникалық: біз ауысу матрицаларының жазуларын кейбір f ((n) көпмүше үшін атаушысы бар рационал деп қабылдауымыз мүмкін.
\mathsf{PostBQP} анықтамасы бізге x L-де болса, және басқа жағдайда, біз қазір сипаттаған үлкен полиномиалды f (n) үшін A-ның барлық жазуларын мағынасы бар ең жақын бөлшектімен алмастырайық. Кейінгі кезде жаңа мәндер L-де x болса қанағаттандырады, ал егер x L-де болмаса қанағаттандырады. Бұрынғы техникалық болжамдарды қолдану және есептеу күйінің 1 нормасының қалай өзгергенін талдау арқылы, егер n-де полиномиалдық жеткілікті үлкен f болса, бұл қанағаттандырылады.
Талдау
Let , бұл ортасы , және Let ортогональды кез келген кубитке , негізге өлшенгенде , уақыттың жартысынан аз мән береді . Егер біз "> > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > Біз s-ті білмейтіндіктен, r*-тің нақты мәнін де білмейміз, бірақ r*-ге "жақын" бір мәнді табу үшін бірнеше (полиномдық түрде көп) санды сандарды сынап көруге болады. Атап айтқанда, ескеріңіз және әр мәнді келесі түрде белгілейік: онда элементарлық есептеулер i-дің осы мәндерінің бірі үшін i-нің өлшемінің негізге түсу ықтималдығы кем дегенде Жалпы, \mathsf{PostBQP} алгоритмі келесідей. k 1/2 арасындағы кез келген тұрақты болсын және әрқайсысы үшін келесі эксперимент жасайық: C тұрақты санды құрастырып, базада өлшеңіз. Егер өлшемдердің үлесі k-дан көп болса, онда қабылдамайды. Егер біз "i" үшін "отклоним" деп айтпасақ, "принимаем" деп айтамыз. Чернофф шекаралары жеткілікті үлкен әмбебап тұрақты С үшін х-ті кем дегенде 2/3 ықтималдығымен дұрыс жіктей алатынымызды көрсетеді. Бұл алгоритм жалпы таңдаудан кейінгі ықтималдық тым аз емес деген техникалық болжамға сәйкес келеді: әрбір жеке өлшемнің таңдаудан кейінгі ықтималдықтары бар , сондықтан жалпы ықтималдықтар .
Overall, the \mathsf{PostBQP} algorithm is as follows. Let k be any constant strictly between 1/2 and We do the following experiment for each : construct and measure in the basis a total of times where C is a constant. If the proportion of measurements is greater than k, then reject. If we don't reject for any i, accept. Chernoff bounds then show that for a sufficiently large universal constant C, we correctly classify x with probability at least 2/3. Note that this algorithm satisfies the technical assumption that the overall postselection probability is not too small: each individual measurement of has postselection probability and so the overall probability is .