شعار زيفيرنت

الخوارزميات الكمية وتقريب كثيرات الحدود للوظائف المركبة ذات المدخلات المشتركة

التاريخ:

مارك بون1روبن كوثاري2وجوستين ثالر3

1جامعة بوسطن
2مايكروسوفت الكم
3جامعة جورج تاون

تجد هذه الورقة مثيرة للاهتمام أو ترغب في مناقشة؟ Scite أو ترك تعليق على SciRate.

ملخص

نعطي خوارزميات كمومية جديدة لتقييم الوظائف المركبة التي يمكن مشاركة مدخلاتها بين بوابات المستوى السفلي. لنفترض أن $ f $ دالة منطقية $ m $ -bit ونفكر في دالة $ n $ -bit $ F $ التي تم الحصول عليها عن طريق تطبيق $ f $ على اقترانات مجموعات فرعية متداخلة من المتغيرات $ n $. إذا كان $ f $ يحتوي على تعقيد استعلام كمي $ Q (f) $ ، فإننا نعطي خوارزمية لتقييم $ F $ باستخدام $ tilde {O} (sqrt {Q (f) cdot n}) $ quantum queries. هذا يتحسن عند حد $ O (Q (f) cdot sqrt {n}) $ الذي يلي ذلك بمعالجة كل ارتباط على حدة ، ويكون حدنا ضيقًا بالنسبة لاختيارات أسوأ الحالات بقيمة $ f $. باستخدام تقنيات مختلفة تمامًا ، أثبتنا وجود نظرية تكوين ضيقة مماثلة للدرجة التقريبية لـ $ f $.
من خلال التطبيق المتكرر لنظريات التركيب لدينا ، نحصل على الحد الأعلى تقريبًا من $ tilde {O} (n ^ {1-2 ^ {- d}}) $ على تعقيد الاستعلام الكمي والدرجة التقريبية لعمق الحجم الخطي- $ d دوائر $ AC $ ^ 0 $. نتيجة لذلك ، يمكن تعلم هذه الدوائر PAC في وقت subexponential ، حتى في بيئة محايدة صعبة. قبل عملنا ، لم تكن خوارزمية الوقت الجزئي معروفة حتى لدوائر AC $ 3 $ ذات الحجم الخطي.
كنتيجة إضافية ، نوضح أن AC $ ^ 0 تدور حول دوائر بعمق $ d + 1 $ تتطلب الحجم $ tilde {Omega} (n ^ {1 / (1- 2 ^ {- d})}) geq omega (n ^ {1+ 2 ^ {- d}}) $ لحساب دالة المنتج الداخلي حتى في المتوسط. كان الحد الأدنى للحجم الأفضل السابق هو $ Omega (n ^ {1 + 4 ^ {- (d + 1)}}) $ وتم الاحتفاظ به فقط في أسوأ الحالات (Cheraghchi et al.، JCSS 2018).

► بيانات BibTeX

ferences المراجع

[1] آدي أكافيا ، وأندريه بوجدانوف ، وسايو جو ، وأكشاي كاماث ، وألون روزين. دوال عشوائية كاذبة ضعيفة للمرشح في AC $ ^ 0 circ mathsf {MOD} _2 $. في وقائع المؤتمر الخامس للابتكارات في علوم الكمبيوتر النظرية ، ITCS '5 ، الصفحات 14-251 ، 260.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1145 / 2554797.2554821

[2] ميكلوس اجتاي ومايكل بن أور. نظرية في حسابات العمق الثابت الاحتمالي. في وقائع ندوة ACM السنوية السادسة عشرة حول نظرية الحوسبة ، STOC '16 ، الصفحات 84-471 ، 474.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1145 / 800057.808715

[3] أندريس أمبينيس ، أندرو إم تشايلدز ، بن دبليو ريتشارت ، روبرت أبالك ، وشينجيو زانج. يمكن تقييم أي صيغة AND-OR بحجم $ N $ في الوقت المناسب $ N ^ {1/2 + o (1)} $ على جهاز كمبيوتر كمي. مجلة SIAM للحوسبة ، 39 (6): 2513-2530 ، 2010.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1137 / 080712167

[4] بينيت ، وإيثان بيرنشتاين ، وجيل براسارد ، وأوميش فازيراني. نقاط القوة والضعف في الحوسبة الكمومية. مجلة SIAM للحوسبة ، 26 (5): 1510-1523 ، 1997.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1137 / S0097539796300933

[5] روبرت بيلز وهاري بورمان وريتشارد كليف وميشيل موسكا ورونالد دي وولف. حدود الكم الأدنى بواسطة كثيرات الحدود. مجلة ACM ، 48 (4): 778-797 ، 2001.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1145 / 502090.502097

[6] ميشيل بوير وجيل براسار وبيتر هوير وآلان تاب. قيود مشددة على البحث الكمي. Fortschritte der Physik، 46 (4-5): 493-505 ، 1998.
[7] هاري بورمان وريتشارد كليف ورونالد دي وولف وكريستوف زالكا. حدود الخوارزميات الكمومية ذات الخطأ الصغير والخطأ الصفري. في الندوة السنوية الأربعين حول أسس علوم الكمبيوتر ، الصفحات 40-358 ، 368.
https: / / doi.org/ 10.1109 / sffcs.1999.814607

[8] آدم بولاند وليجي تشين وديراج هولدن وجوستين ثالر وبراشانت ناليني فاسوديفان. على قوة المعرفة الإحصائية الصفرية. في الندوة السنوية الثامنة والخمسين حول أسس علوم الكمبيوتر (FOCS 58) ، الصفحات 2017-708 ، 719.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1109 / focs.2017.71

[9] هاري بورمان ورونالد دي وولف. تدابير التعقيد وتعقيد شجرة القرار: مسح. علم الحاسوب النظري ، 288 (1): 21–43 ، 2002.
https:/​/​doi.org/​10.1016/​S0304-3975(01)00144-X

[10] مارك بون وروبن كوثاري وجوستين ثالر. يرد أسلوب كثير الحدود: حدود استعلام كمومية ضيقة عبر كثيرات حدود مزدوجة. في وقائع الندوة السنوية الخمسين لـ ACM SIGACT حول نظرية الحوسبة ، STOC 50 ، الصفحات 2018-297 ، 310.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1145 / 3188745.3188784

[11] مارك بون وروبن كوثاري وجوستين ثالر. الخوارزميات الكمية وتقريب كثيرات الحدود للوظائف المركبة ذات المدخلات المشتركة. في وقائع ندوة ACM-SIAM السنوية لعام 2019 حول الخوارزميات المنفصلة (SODA) ، الصفحات 662-678 ، 2019.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1137 / 1.9781611975482.42

[12] بول بيم وداد المشموشي. تعقيد الاستعلام الكمي لـ AC $ ^ 0 $. معلومات الكم والحساب ، 12 (7-8): 670-676 ، 2012.

[13] هاري بورمان ، إيلان نيومان ، هاين روريج ، ورونالد دي وولف. كثيرات الحدود القوية وخوارزميات الكم. نظرية أنظمة الحوسبة ، 40 (4): 379-395 ، 2007.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1007 / s00224-006-1313 زي

[14] يهوشوا بروك ورومان سمولينسكي. دوال العتبة متعددة الحدود ، وظائف AC $ ^ 0 ، والمعايير الطيفية. مجلة SIAM للحوسبة ، 21 (1): 33-42 ، 1992.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1137 / 0221003

[15] مارك بون وجوستين ثالر. حد أدنى مثالي تقريبًا على الدرجة التقريبية لـ AC $ ^ 0 $. في ندوة IEEE السنوية الثامنة والخمسين حول أسس علوم الكمبيوتر (FOCS 58) ، الصفحات 2017-1 ، 12.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1109 / FOCS.2017.10

[16] مارك بون وجوستين ثالر. عمود الضيف: الدرجة التقريبية في الحوسبة الكلاسيكية والكمية. أخبار SIGACT ، 51 (4): 48-72 ، يناير 2021.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1145 / 3444815.3444825

[17] أندرو إم تشايلدز وريتشارد كليف وستيفن بي جوردان وديفيد يونج مالو. الخوارزمية الكمومية ذات الاستعلام المنفصل لأشجار NAND. نظرية الحوسبة ، 5: 119-123 ، 2009.
الشبكي: / / doi.org/ 10.4086 / toc.2009.v005a005

[18] مهدي شراغشي وإيلينا غريغوريسكو وبريندان جوبا وكارل فيمر ونينغ زي. AC0 $ circ $ MOD2 الحدود السفلية للمنتج المنطقي الداخلي. في LIPIcs-Leibniz International Proceedings in Informatics ، المجلد 55. Schloss Dagstuhl-Leibniz-Zentrum fuer Informatik ، 2016.
الشبكي: / / doi.org/ 10.4230 / LIPIcs.ICALP.2016.35

[19] كريس كالابرو ، راسل إمباجليازو ، وراماموهان باتوري. تعقيد تلبية دوائر الأعماق الصغيرة. في ورشة العمل الدولية حول الحساب المحدد والمعامل ، الصفحات 75-85 ، 2009.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-642-11269-0_6

[20] أندرو إم تشايلدز وشيلبي كيميل وروبن كوثاري. تعقيد الاستعلام الكمي لصيغ قراءة العديد. في الندوة الأوروبية السنوية العشرون حول الخوارزميات (ESA 20) ، الصفحات 2012-337 ، 348.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-642-33090-2_30

[21] شيفا تشودري وجايكومار راداكريشنان. قيود حتمية في تعقيد الدائرة. في وقائع الندوة السنوية الثامنة والعشرين لـ ACM حول نظرية الحوسبة ، STOC '96 ، الصفحات 30-36 ، 1996.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1145 / 237814.237824

[22] جيل كوهين وإيجور شينكار. تعقيد DNF من التكافؤات. في وقائع مؤتمر ACM لعام 2016 حول الابتكارات في علوم الكمبيوتر النظرية ، الصفحات 47-58 ، 2016.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1145 / 2840728.2840734

[23] نينغ دينغ ويانلي رين وداو جو. عمق التعلم PAC - 3 AC $ ^ 0 $ من الدوائر العلوية المقيدة. في وقائع المؤتمر الدولي الثامن والعشرين حول نظرية التعلم الخوارزمي ، المجلد 28 من وقائع بحث التعلم الآلي ، الصفحات 76-667 ، 680. URL: http: / / events.mlr.press/ v2017 / ding76a.html.
http: / / Actions.mlr.press/ v76 / ding17a.html

[24] مايكل عزرا ورون دي روثبلوم. تتضمن الدوائر الصغيرة بروتوكولات Arthur-Merlin الفعالة. التقرير الفني TR21-127 ، الندوة الإلكترونية حول التعقيد الحسابي (ECCC) ، 2021. URL: https: / / eccc.weizmann.ac.il/ report / 2021/127 /.
https: / / eccc.weizmann.ac.il/ report / 2021/127 /

[25] إدوارد فارحي وجيفري غولدستون وسام جوتمان. خوارزمية كمومية لشجرة هاميلتونيان NAND. نظرية الحوسبة ، 4 (1): 169-190 ، 2008.
الشبكي: / / doi.org/ 10.4086 / toc.2008.v004a008

[26] يوفال فيلموس ، حامد حاتمي ، ستيفن هيلمان ، إلشانان موسيل ، رايان أودونيل ، سوزانت ساشديفا ، أندرو وان ، وكارل ويمر. تحليل حقيقي في علوم الكمبيوتر: مجموعة من المشكلات المفتوحة ، 2014. URL: https: / / simons.berkeley.edu/ sites / default / files / openprobsmerged.pdf.
https: / / simons.berkeley.edu/ sites / default / files / openprobsmerged.pdf

[27] لوف ك. جروفر. خوارزمية ميكانيكية الكم سريعة للبحث عن قاعدة البيانات. في وقائع ندوة ACM السنوية الثامنة والعشرون حول نظرية الحوسبة ، STOC '96 ، الصفحات 212-219 ، 1996.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1145 / 237814.237866

[28] بيتر هوير وتروي لي وروبرت شبالك. الأوزان السلبية تجعل الخصوم أقوى. في وقائع الندوة التاسعة والثلاثين حول نظرية الحوسبة (STOC 39) ، الصفحات 2007-526 ، 535.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1145 / 1250790.1250867

[29] آدم تاومان كالاي ، آدم آر. كليفانس ، يشاي منصور ، وروكو أ. سيرفيديو. تعلم نصف المسافات. مجلة SIAM للحوسبة ، 37 (6): 1777-1805 ، 2008.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1137 / 060649057

[30] آدم كليفانز ، وبرافيش كوثاري ، وإيجور سي أوليفيرا. بناء الوظائف الصعبة باستخدام خوارزميات التعلم. في مؤتمر IEEE حول التعقيد الحسابي (CCC 2013) ، الصفحات 86-97 ، 2013.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1109 / CCC.2013.18

[31] ميشال كوكو وكليمنس لاوتمان وسيباستيان بولوتشيك ودينيس تيرين. قم بتدوير الحدود المنخفضة عبر ألعاب Ehrenfeucht-Fraisse. في مؤتمر IEEE السنوي الحادي والعشرين حول التعقيد الحسابي (CCC 21) ، الصفحات 2006 - 190 ، 201 07.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1109 / CCC.2006.12

[32] Swastik Kopparty. AC0 الحدود الدنيا والعشوائية الزائفة. ملاحظات محاضرة عن "موضوعات في نظرية التعقيد والعشوائية الزائفة (ربيع 2013)" في جامعة روتجرز. http: / / sites.math.rutgers.edu/ sk1233 / courses / topic-S13 / lec4.pdf (تم استرداده في 12 يوليو 2018) ، 2013.
http: / / sites.math.rutgers.edu/ ~ sk1233 / courses / topic-S13 / lec4.pdf

[33] ميشال كوكو. تعقيد دارة اللغات العادية. نظرية أنظمة الحوسبة ، 45 (4): 865-879 ، 2009.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1007 / s00224-009-9180 زي

[34] آدم ر. كليفانز وروكو أ. سيرفيديو. تعلم DNF في الوقت المناسب $ 2 ^ {{tilde O} (n ^ {1/3})} $. مجلة علوم الحاسب والنظم ، 68 (2): 303-318 ، 2004.
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.jcss.2003.07.007

[35] مايكل جي كيرنز وروبرت إي شابير وليندا إم سيلي. نحو التعلم اللاأدري الفعال. تعلم الآلة ، 17 (2-3): 115–141 ، 1994.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1007 / bf00993468

[36] وي صن لي وبيتر إل بارتليت وروبرت سي ويليامسون. في التعلم اللاأدري الفعال للتركيبات الخطية للوظائف الأساسية. في وقائع المؤتمر السنوي الثامن لنظرية التعلم الحاسوبي ، الصفحات 369-376 ، 1995.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1145 / 225298.225343

[37] تروي لي. شرائح للورقة "خوارزميات استعلام كمومية محسّنة لإيجاد المثلث واختبار الترابط" بقلم تي لي ، إف. ماجنيز ، إم سانثا. متاح على http: / / research.cs.rutgers.edu/ troyjlee / troy_triangle.pdf (تم استرداده في 11 يوليو 2018) ، 2012.
http: / / research.cs.rutgers.edu/ ~ troyjlee / troy_triangle.pdf

[38] تروي لي وعدي شريبمان. حدود أقل في تعقيد الاتصالات. أسس واتجاهات في علوم الكمبيوتر النظرية ، 3 (4): 263-399 ، 2009.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1561 / 0400000040

[39] نعوم نيسان. أقصر صيغة لـ CNF أحادية المدى من فئة $ n $. Theoretical Computer Science Stack Exchange، 2011. https: / / cstheory.stackexchange.com/ q / 7087 (الإصدار: 2011-06-23).
https: / / cstheory.stackexchange.com/ q / 7087

[40] نعوم نيسان وماريو سيجيدي. على درجة الدوال المنطقية مثل كثيرات الحدود الحقيقية. التعقيد الحسابي ، 4: 301–313 ، 1994.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1007 / BF01263419

[41] إيغور سي كاربوني أوليفيرا وراهول سانتانام. المؤامرات بين خوارزميات التعلم والحدود الدنيا للدائرة والعشوائية الزائفة. في مؤتمر التعقيد الحسابي الثاني والثلاثين (CCC 32) ، المجلد 2017 من Leibniz International Proceedings in Informatics (LIPIcs) ، الصفحات 79: 18-1: 18 ، 49.
الشبكي: / / doi.org/ 10.4230 / LIPIcs.CCC.2017.18

[42] الكسندر أ رازبوروف. حدود سفلية لحجم دوائر العمق المحدودة على أساس كامل مع إضافة منطقية. ملاحظات رياضية لأكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية 41 (4): 333-338 ، 1987.

[43] بن ريتشارت. تأملات في خوارزميات الاستعلام الكمي. في SODA '11: وقائع الندوة 22 ACM-SIAM حول الخوارزميات المنفصلة ، الصفحات 560-569 ، 2011.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1137 / 1.9781611973082.44

[44] ألكسندر أ.رازبوروف وألكسندر أ.شيرستوف. رتبة تسجيل AC $ ^ 0 $. مجلة SIAM للحوسبة ، 39 (5): 1833-1855 ، 2010.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1137 / 080744037

[45] برابهاكار راجدي وآفي ويغدرسون. دوائر عتبة متعددة العمق ذات الحجم الخطي. رسائل معالجة المعلومات ، 39 (3): 143–146 ، 1991.
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0020-0190(91)90110-4

[46] الكسندر أ. شيرستوف. طريقة مصفوفة النمط. مجلة SIAM للحوسبة ، 40 (6): 1969-2000 ، 2011.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1137 / 080733644

[47] الكسندر أ. شيرستوف. نظريات المنتج المباشر القوية للتواصل الكمي وتعقيد الاستعلام. في وقائع ندوة ACM السنوية الثالثة والأربعين حول نظرية الحوسبة (STOC 43) ، الصفحات 2011-41 ، 50.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1145 / 1993636.1993643

[48] الكسندر أ. شيرستوف. تقاطع نصف مسافات له درجة عتبة عالية. مجلة SIAM للحوسبة ، 42 (6): 2329-2374 ، 2013.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1137 / 100785260

[49] الكسندر أ. شيرستوف. جعل متعددات الحدود قوية في مواجهة الضوضاء. نظرية الحوسبة 9: 593-615 ، 2013.
الشبكي: / / doi.org/ 10.4086 / toc.2013.v009a018

[50] الكسندر أ. شيرستوف. قوة عدم التناسق في الدوائر ذات العمق الثابت. في ندوة IEEE السنوية 56th حول أسس علوم الكمبيوتر ، الصفحات 431-450 ، 2015.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1109 / FOCS.2015.34

[51] الكسندر أ. شيرستوف. كثيرات الحدود الحسابية. في وقائع الندوة السنوية الخمسين لـ ACM SIGACT حول نظرية الحوسبة (STOC 50) ، 2018.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1145 / 3188745.3188958

[52] راهول سانتانام وسريكانث سرينيفاسان. على حدود النثر. في الندوة الدولية حول الآلات واللغات والبرمجة ، الصفحات 774-785. سبرينغر ، 2012.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-642-31594-7_65

[53] روكو أ. سيرفيديو ولي يانغ تان. ما هي فئات الدوائر التي يمكن تعلمها باستخدام المدخرات غير التافهة؟ في 8th Innovations in Theoretical Computer Science Conference (ITCS 2017) ، المجلد 67 من Leibniz International Proceedings in Informatics (LIPIcs) ، الصفحات 30: 1-30: 21 ، 2017.
https: / / doi.org/ 10.4230 / LIPIcs.ITCS.2017.30

[54] روكو إيه سيرفيديو وإيمانويل فيولا. في حالة خاصة من الصلابة. التقرير الفني TR12-144 ، الندوة الإلكترونية حول التعقيد الحسابي (ECCC) ، 2012. URL: https: / / eccc.weizmann.ac.il/ report / 2012/144 /.
https: / / eccc.weizmann.ac.il/ report / 2012/144 /

[55] أفيشاي تال. إن تعقيد الصيغة ثنائية الأجزاء للمنتج الداخلي هو تربيعي. التقرير الفني TR16-181 ، الندوة الإلكترونية حول التعقيد الحسابي (ECCC) ، 2016. URL: https: / / eccc.weizmann.ac.il/ report / 2016/181 /.
https: / / eccc.weizmann.ac.il/ report / 2016/181 /

[56] أفيشاي تال. الصيغة السفلية عبر طريقة الكم. في وقائع الندوة السنوية التاسعة والأربعين لـ ACM SIGACT حول نظرية الحوسبة (STOC 49) ، الصفحات 2017-1256 ، 1268.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1145 / 3055399.3055472

[57] أفيشاي تال. اتصالات شخصية ، 2018.

[58] ليزلي جي فاليانت. ونظرية قابلة للتعلم. اتصالات من ACM ، 27 (11): 1134-1142 ، نوفمبر 1984.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1145 / 1968.1972

دليلنا يستخدم من قبل

[1] سكوت آرونسون ، ودانييل جرير ، ولوك شيفر ، "تشريح ثلاثي معقد الاستعلام الكمي للغات العادية" ، أرخايف: 1812.04219.

[2] كامل خدييف وليليا سافينا ، "الخوارزمية الكمومية لنهج البرمجة الديناميكية لـ DAGs. تطبيقات لتقييم Zhegalkin متعدد الحدود وبعض المشاكل على DAGs "، أرخايف: 1804.09950.

الاستشهادات المذكورة أعلاه من إعلانات ساو / ناسا (تم آخر تحديث بنجاح 2021-09-16 14:44:06). قد تكون القائمة غير كاملة نظرًا لأن جميع الناشرين لا يقدمون بيانات اقتباس مناسبة وكاملة.

لا يمكن أن تجلب استشهد تبادل البيانات أثناء آخر محاولة 2021-09-16 14:44:04: لا يمكن جلب البيانات المستشهد بها من 10.22331 / q-2021-09-16-543 من Crossref. هذا أمر طبيعي إذا تم تسجيل DOI مؤخرًا.

أفلاطون. Web3 مُعاد تصوره. تضخيم ذكاء البيانات.
انقر هنا للوصول.

المصدر: https://quantum-journal.org/papers/q-2021-09-16-543/

بقعة_صورة

أحدث المعلومات الاستخباراتية

بقعة_صورة

الدردشة معنا

أهلاً! كيف يمكنني مساعدك؟