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.

=

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.

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.

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 .