矩阵函数计算的量子/经典查询复杂度

发布时间:2025-02-27  |  来源:数学机械化重点实验室

矩阵函数计算是量子算法设计的一个核心框架。在本工作中,我们研究了如下矩阵函数计算问题:设 A 为一个稀疏厄米矩阵,其谱范数至多为 1,设 f(x) 是一个从 [−1,1] 映射到 [−1,1] 的连续函数,目标是计算矩阵函数 f(A)。我们主要关注该问题在量子/经典计算模型下的查询复杂性。量子奇异值变换(QSVT,STOC 2019)是一种强大的量子算法设计工具,广泛应用于矩阵函数计算。QSVT 为该问题提供了一种高效的量子算法,其复杂度主要由函数 f(x) 的近似次数(approximate degree)决定。我们进一步证明,近似次数同时也是该问题的复杂度下界,从而表明 QSVT 提供的量子算法是最优的。此外,我们还研究了经典算法的查询复杂度下界,结果显示,量子算法与经典算法之间的复杂度差距是指数级的。作为另一个复杂性结果,我们证明了该问题的判定版本是 BQP 完全的。

 

相关论文:

【1】A Montanaro, C Shao, Quantum and classical query complexities of functions of matrices. In Proc. 56th Annual ACM Symposium on Theory of Computing, 573-584, 2024.

 

邵长鹏         Shaochangpeng@amss.ac.cn