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量子态制备下界的自然证明障碍

Natural proofs for quantum state preparation lower bounds

Christine Li, Natalie Parham

arXiv 2610.06826首次发表:更新:

发表机构

Columbia University(哥伦比亚大学)

机构由 AI 辅助整理,请以论文原文为准。

AI 中文总结

本文为量子态制备下界建立了Razborov-Rudich自然证明障碍的量子类比,证明在标准密码学假设下,自然性质无法证明超多项式下界,并指出现有技术均属此类。

AI 中文摘要

我们识别出一个障碍,有助于解释为何证明更强的量子态制备下界一直如此困难。具体而言,我们为态制备下界建立了Razborov-Rudich自然证明障碍的量子类比。我们将量子态的一个性质称为“自然的”,如果它对足够大比例的Haar随机态成立,并且在给定态的所有振幅时可以被高效检验。在标准密码学假设下,我们证明没有任何自然性质能够证明超多项式态制备下界,即使针对Magic Hierarchy的固定层级也是如此。我们表明,若干现有的态制备下界技术在我们的意义下是自然的,包括基于近似度、不是局部哈密顿量的唯一基态以及互信息的方法。

英文摘要

We identify a barrier that helps explain why proving stronger quantum state-preparation lower bounds has been so difficult. In particular, we establish a quantum analogue of the Razborov-Rudich natural proofs barrier for state-preparation lower bounds. We call a property of quantum states \emph{natural} if it holds for a sufficiently large fraction of Haar-random states and can be efficiently tested when given all of the state's amplitudes. Under a standard cryptographic assumption, we show that no natural property can prove superpolynomial state-preparation lower bounds even against a fixed level of the Magic Hierarchy. We show that several existing state-preparation lower-bound techniques are natural in our sense, including arguments based on approximate degree, not being a unique ground state of a local Hamiltonian, and mutual information.

论文原文

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