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该论文研究带结构噪声的奇偶性学习问题(LPSN)如何通过量子计算获得优势。LPSN 可归约为求解非线性布尔系统,在量子计算中通常被转化为 Macaulay 线性系统,并用量子线性系统算法求解,但该过程的效率严重受制于矩阵的条件数。作者提出一种新的 Macaulay 线性系统约简方法:在 Ding 等人的假设下,推导了一个包含缩放因子的条件数下界。该约简不仅保证了量子态制备的高效性,还相对于约简后的右侧向量展现出条件数区间上的独特优势,从而降低条件数的下界,最终优化了求解布尔系统的量子算法时间复杂度上界。将改进后的量子算法应用于 LPSN,利用 Macaulay 系统的解结构显著降低了样本复杂度。作者进一步给出了逻辑级量子资源估计,证明优化的条件数可直接转化为电路宽度、深度和门数的减少。最后,他们通过系统比较量子与经典方法在噪声模式适应性、样本复杂度和时间复杂度上的表现,提出了一种算法选择策略。结果表明,在特定参数区间内,所提出的量子算法有潜力超越经典算法。
💡 推荐理由: 该工作为 LPSN 问题提供了可证明的量子加速路径,通过优化条件数直接降低量子资源开销,对后量子密码分析及量子机器学习中的线性系统求解具有参考价值。
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