क्यूएमए: Difference between revisions

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[[कम्प्यूटेशनल जटिलता सिद्धांत]] में, क्यूएमए, जो क्वांटम आर्थर-मर्लिन प्रोटोकॉल के लिए स्थित है, लैंग्वेज का समूह होता है, जिसके लिए, जब स्ट्रिंग लैंग्वेज में होती है, तो बहुपद-आकार का क्वांटम प्रमाण (क्वांटम स्थिति) होता है जो बहुपद समय क्वांटम सत्यापनकर्ता[[ एक कंप्यूटर जितना | (क्वांटम कंप्यूटर]] पर चलने वाले) को उच्च संभावना के साथ इस तथ्य के सम्बन्ध में आश्वस्त करता है। इसके अतिरिक्त, जब स्ट्रिंग लैंग्वेज में नहीं होती है, तो प्रत्येक बहुपद-आकार की क्वांटम स्थिति को सत्यापनकर्ता द्वारा उच्च संभावना के साथ रद्द कर दिया जाता है।
[[कम्प्यूटेशनल जटिलता सिद्धांत]] में, क्यूएमए, जो क्वांटम आर्थर-मर्लिन प्रोटोकॉल के लिए स्थित है, लैंग्वेज का समूह होता है, जिसके लिए, जब स्ट्रिंग लैंग्वेज में होती है, तो बहुपद-आकार का क्वांटम प्रमाण (क्वांटम स्थिति) होता है जो बहुपद समय क्वांटम सत्यापनकर्ता[[ एक कंप्यूटर जितना | (क्वांटम कंप्यूटर]] पर चलने वाले) को उच्च संभावना के साथ इस तथ्य के सम्बन्ध में आश्वस्त करता है। इसके अतिरिक्त, जब स्ट्रिंग लैंग्वेज में नहीं होती है, तो प्रत्येक बहुपद-आकार की क्वांटम स्थिति को सत्यापनकर्ता द्वारा उच्च संभावना के साथ रद्द कर दिया जाता है।


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क्यूएमए और [[बीक्यूपी]] के मध्य संबंध [[जटिलता वर्ग|जटिलता वर्गों]] [[एन[[पी (जटिलता)]]]] और P (जटिलता) के मध्य संबंध के अनुरूप होता है।{{cn|date=November 2022}} यह संभाव्य जटिलता वर्ग आर्थर-मर्लिन प्रोटोकॉल और [[बीपीपी (जटिलता)]] के मध्य संबंध के अनुरूप भी होता है।


क्यूएमए संबंधित जटिलता वर्ग है, जिसमें काल्पनिक एजेंट आर्थर और मर्लिन अनुक्रम को प्रमाण प्रदान करते हैं: आर्थर यादृच्छिक स्ट्रिंग उत्पन्न करता है, मर्लिन क्वांटम [[प्रमाणपत्र (जटिलता)]] के साथ उत्तर देता है और आर्थर इसे बीक्यूपी मशीन के रूप में सत्यापित करता है।
क्यूएमए संबंधित जटिलता वर्ग है, जिसमें काल्पनिक एजेंट आर्थर और मर्लिन अनुक्रम को प्रमाण प्रदान करते हैं: आर्थर यादृच्छिक स्ट्रिंग उत्पन्न करता है, मर्लिन क्वांटम [[प्रमाणपत्र (जटिलता)]] के साथ उत्तर देता है और आर्थर इसे बीक्यूपी मशीन के रूप में सत्यापित करता है।
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जटिलता वर्ग <math>\mathsf{QMA}</math>, <math>\mathsf{QMA}({2}/{3},1/3)</math> के बराबर परिभाषित किया गया है I चूँकि, स्थिरांक बहुत महत्वपूर्ण नहीं हैं क्योंकि वर्ग अपरिवर्तित रहता है, {{mvar|c}} और {{mvar|s}} को ऐसे किसी भी स्थिरांक पर सेट किया जाता है, {{mvar|c}} से {{mvar|s}} बड़ा है I इसके अतिरिक्त, किसी भी बहुपद के लिए <math>q(n)</math> और <math>r(n)</math>, इस प्रकार है:-
जटिलता वर्ग <math>\mathsf{QMA}</math>, <math>\mathsf{QMA}({2}/{3},1/3)</math> के बराबर परिभाषित किया गया है I चूँकि, स्थिरांक बहुत महत्वपूर्ण नहीं हैं क्योंकि वर्ग अपरिवर्तित रहता है, {{mvar|c}} और {{mvar|s}} को ऐसे किसी भी स्थिरांक पर सेट किया जाता है, {{mvar|c}} से {{mvar|s}} बड़ा है I इसके अतिरिक्त, किसी भी बहुपद के लिए <math>q(n)</math> और <math>r(n)</math>, इस प्रकार है:-
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== क्यूएमए में समस्याएं ==
== क्यूएमए में समस्याएं ==
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| Constraint Satisfaction Problem
| बाधा संतुष्टि समस्या
| Hamiltonian
| हैमिल्टनियन
|  
|  
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| चर
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|  
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| Constraint
| बाधा
| Hamiltonian Term
| हैमिल्टनियन शब्द
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| Variable Assignment
| परिवर्तनीय असाइनमेंट
| Quantum state
| क्वांटम अवस्था
|
|
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| Number of constraints satisfied
| संतुष्ट बाधाओं की संख्या
| Hamiltonian's energy term
| हैमिल्टनियन का ऊर्जा शब्द
|  
|  
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| Optimal Solution
| सर्वोतम उपाय
| Hamiltonian's ground state
| हैमिल्टनियन की भूमिगत स्थिति
| The most possible constraints satisfied
| सबसे संभावित बाधाओं को पूर्ण किया गया
|}
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प्रथम समावेशन एनपी (जटिलता) की परिलैंग्वेज से होता है। अगले दो निष्कर्ष इस तथ्य से निकलते हैं कि प्रत्येक विषय में सत्यापनकर्ता को अधिक शक्तिशाली बनाया जा रहा है। क्यूसीएमए, क्यूएमए में समाहित है क्योंकि सत्यापनकर्ता प्रमाण प्राप्त होते ही प्रमाण को मापकर प्रतिष्ठित प्रमाण प्रेक्षित करने के लिए बाध्य कर सकता है। तथ्य यह है कि क्यूएमए [[पीपी (जटिलता)]] में निहित है, [[एलेक्सी किताएव]] और [[जॉन वॉटरस (कंप्यूटर वैज्ञानिक)]] द्वारा प्रदर्शित किया गया था। पीपी को पीस्पेस में भी सरलता से प्रदर्शित किया जाता है।
प्रथम समावेशन एनपी (जटिलता) की परिलैंग्वेज से होता है। अगले दो निष्कर्ष इस तथ्य से निकलते हैं कि प्रत्येक विषय में सत्यापनकर्ता को अधिक शक्तिशाली बनाया जा रहा है। क्यूसीएमए, क्यूएमए में समाहित है क्योंकि सत्यापनकर्ता प्रमाण प्राप्त होते ही प्रमाण को मापकर प्रतिष्ठित प्रमाण प्रेक्षित करने के लिए बाध्य कर सकता है। तथ्य यह है कि क्यूएमए [[पीपी (जटिलता)]] में निहित है, [[एलेक्सी किताएव]] और [[जॉन वॉटरस (कंप्यूटर वैज्ञानिक)]] द्वारा प्रदर्शित किया गया था। पीपी को पीस्पेस में भी सरलता से प्रदर्शित किया जाता है।


यह अज्ञात है कि इनमें से कोई भी समावेशन बिना शर्त सख्त है, क्योंकि यह भी ज्ञात नहीं है कि क्या P पूरी तरह से PSPACE में समाहित है या P = PSPACE में। चूँकि, QMA पर वर्तमान में सबसे अच्छी ज्ञात ऊपरी सीमाएँ हैं
यह अज्ञात है कि इनमें से कोई भी समावेशन बिना नियम सख्त है, क्योंकि यह भी ज्ञात नहीं है कि क्या पी पूर्ण रूप से पीस्पेस में समाहित है या पी = पीस्पेस में है। चूँकि, क्यूएमए पर वर्तमान में सबसे उचित ज्ञात ऊपरी सीमाएँ हैं:<ref>{{cite journal
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==संदर्भ==
==संदर्भ==

Revision as of 20:34, 6 August 2023

कम्प्यूटेशनल जटिलता सिद्धांत में, क्यूएमए, जो क्वांटम आर्थर-मर्लिन प्रोटोकॉल के लिए स्थित है, लैंग्वेज का समूह होता है, जिसके लिए, जब स्ट्रिंग लैंग्वेज में होती है, तो बहुपद-आकार का क्वांटम प्रमाण (क्वांटम स्थिति) होता है जो बहुपद समय क्वांटम सत्यापनकर्ता (क्वांटम कंप्यूटर पर चलने वाले) को उच्च संभावना के साथ इस तथ्य के सम्बन्ध में आश्वस्त करता है। इसके अतिरिक्त, जब स्ट्रिंग लैंग्वेज में नहीं होती है, तो प्रत्येक बहुपद-आकार की क्वांटम स्थिति को सत्यापनकर्ता द्वारा उच्च संभावना के साथ रद्द कर दिया जाता है।

क्यूएमए और बीक्यूपी के मध्य संबंध जटिलता वर्गों [[एनपी (जटिलता)]] और P (जटिलता) के मध्य संबंध के अनुरूप होता है।[citation needed] यह संभाव्य जटिलता वर्ग आर्थर-मर्लिन प्रोटोकॉल और बीपीपी (जटिलता) के मध्य संबंध के अनुरूप भी होता है।

क्यूएमए संबंधित जटिलता वर्ग है, जिसमें काल्पनिक एजेंट आर्थर और मर्लिन अनुक्रम को प्रमाण प्रदान करते हैं: आर्थर यादृच्छिक स्ट्रिंग उत्पन्न करता है, मर्लिन क्वांटम प्रमाणपत्र (जटिलता) के साथ उत्तर देता है और आर्थर इसे बीक्यूपी मशीन के रूप में सत्यापित करता है।

परिलैंग्वेज

लैंग्वेज L में है, यदि बहुपद समय क्वांटम सत्यापनकर्ता V और बहुपद उपस्थित है, तो ऐसा है कि:[1][2][3]

  • , जहाँ क्वांटम अवस्था उपस्थित है I ऐसी संभावना है कि V इनपुट स्वीकार करता है, c से बड़ा है I
  • , सभी क्वांटम अवस्थाओं के लिए , संभावना है कि V इनपुट स्वीकार करता है s से कम है I

जहाँ सभी क्वांटम अवस्थाओं अवस्थाओं क्वैबिट्स पर निर्भर करता है I

जटिलता वर्ग , के बराबर परिभाषित किया गया है I चूँकि, स्थिरांक बहुत महत्वपूर्ण नहीं हैं क्योंकि वर्ग अपरिवर्तित रहता है, c और s को ऐसे किसी भी स्थिरांक पर सेट किया जाता है, c से s बड़ा है I इसके अतिरिक्त, किसी भी बहुपद के लिए और , इस प्रकार है:-

क्यूएमए में समस्याएं

चूंकि क्यूएमए में कई वर्ग सम्मिलित हैं, जैसे P, BQP और NP, उन वर्गों की सभी समस्याएं भी क्यूएमए में हैं। चूँकि, ऐसी समस्याएँ हैं जो क्यूएमए में हैं, किन्तु NP या BQP में नहीं हैं। ऐसी कुछ प्रसिद्ध समस्याओं पर नीचे चर्चा की गई है।

समस्या को क्यूएमए-हार्ड कहा जाता है, जो एनपी हार्ड के समान है, यदि क्यूएमए में प्रत्येक समस्या इसमें कमी (जटिलता) हो सकती है। किसी समस्या को क्यूएमए-पूर्ण (जटिलता) कहा जाता है यदि वह क्यूएमए हार्ड और क्यूएमए में है।

स्थानीय हैमिल्टनियन समस्या

k-स्थानीय हैमिल्टनियन (क्वांटम यांत्रिकी) हर्मिटियन मैट्रिक्स है, जो n क्वैबिट पर कार्य करता है जिसे इसके योग के रूप में प्रदर्शित किया जा सकता है, हैमिल्टनियन नियम अधिकतम पर कार्य करती हैं I प्रत्येक को क्वैबिट करता है।

सामान्य k-स्थानीय हैमिल्टनियन समस्या, k-स्थानीय हैमिल्टनियन दी गई है I , सबसे छोटा ईजीएनमूल्य परिक्षण के लिए का है I[4] इसे हैमिल्टनियन की आधार अवस्था ऊर्जा भी कहा जाता है।

k-स्थानीय हैमिल्टनियन समस्या का निर्णय संस्करण प्रकार की प्रॉमिस समस्या है, और इसे k-स्थानीय हैमिल्टनियन के रूप में परिभाषित किया गया है, और जहाँ , यह तय करने के लिए कि क्या कोई क्वांटम ईजेनस्टेट उपस्थित है I का संबद्ध ईजीएनमूल्य के साथ , ऐसा है कि या यदि है I

स्थानीय हैमिल्टनियन समस्या अधिकतम संतुष्टि समस्या MAX-SAT का क्वांटम एनालॉग है। k-स्थानीय हैमिल्टनियन समस्या k ≥ 2 के लिए क्यूएमए-पूर्ण है।[5]

क्वैबिट के द्वि-आयामी ग्रिड पर कार्य करने के लिए प्रतिबंधित 2-स्थानीय हैमिल्टनियन समस्या भी क्यूएमए-पूर्ण है।[6] यह प्रदर्शित किया गया है कि k-स्थानीय हैमिल्टनियन समस्या अभी भी क्यूएमए-हार्ड है, यहां तक ​​​​कि हैमिल्टनियनों के लिए भी जो प्रति कण 12 स्टेट के साथ निकटतम-पड़ोसी इंटरैक्शन के साथ कणों की 1-आयामी रेखा का प्रतिनिधित्व करते हैं।[7] यदि सिस्टम अनुवादात्मक रूप से-अपरिवर्तनीय है, तो इसकी स्थानीय हैमिल्टनियन समस्या QMAEXP-पूर्ण बन जाती है (चूंकि समस्या इनपुट सिस्टम आकार में एन्कोड किया गया है, सत्यापनकर्ता के पास अब समान प्रॉमिस के अंतर को बनाए रखते हुए घातीय रनटाइम है)।[8][9]

क्यूएमए-हार्ड परिणाम ZX हैमिल्टनियन जैसे क्वैबिट के सरल लैटिस प्रारूप के लिए जाने जाते हैं I [10]

जहाँ पॉल के मैट्रिक्स का प्रतिनिधित्व करते है, ऐसे मॉडल सार्वभौमिक एडियाबेटिक क्वांटम गणना पर प्रस्तावित होते हैं।

k-स्थानीय हैमिल्टनियन समस्याएं प्रतिष्ठित बाधा संतुष्टि समस्याओं के अनुरूप हैं।[11] निम्नलिखित तालिका प्रतिष्ठित सीएसपी और हैमिल्टनियन के मध्य अनुरूप गैजेट को प्रदर्शित करती है।

क्लासिकल क्वांटम नोट्स
बाधा संतुष्टि समस्या हैमिल्टनियन
चर क्यूबिट
बाधा हैमिल्टनियन शब्द
परिवर्तनीय असाइनमेंट क्वांटम अवस्था
संतुष्ट बाधाओं की संख्या हैमिल्टनियन का ऊर्जा शब्द
सर्वोतम उपाय हैमिल्टनियन की भूमिगत स्थिति सबसे संभावित बाधाओं को पूर्ण किया गया

अन्य क्यूएमए-पूर्ण समस्याएं

ज्ञात क्यूएमए-पूर्ण समस्याओं की सूची https://arxiv.org/abs/1212.6312 पर प्राप्त की जा सकती है।

संबंधित वर्ग

क्यूसीएमए (या एमक्यूए[2]), जो क्वांटम क्लासिकल मर्लिन आर्थर (या मर्लिन क्वांटम आर्थर) के लिए है, क्यूएमए के समान है, किन्तु प्रमाण प्रतिष्ठित स्ट्रिंग होना चाहिए। यह ज्ञात नहीं है कि क्यूएमए, क्यूसीएमए के बराबर है या नहीं, चूँकि क्यूसीएमए स्पष्ट रूप से क्यूएमए में निहित है।

क्यूआईपी(k), जो क्वांटम इंटरैक्टिव बहुपद समय (k संदेश) के लिए है, क्यूएमए का सामान्यीकरण है जहां मर्लिन और आर्थर k राउंड के लिए चर्चा कर सकते हैं। क्यूएमए, क्यूआईपी(1) है। क्यूआईपी(2) को पीस्पेस में जाना जाता है।[12] क्यूआईपी (जटिलता) क्यूआईपी(k) है, जहां k को क्वैबिट की संख्या में बहुपद होने की अनुमति है। यह ज्ञात है कि QIP(3) = QIP.[13] यह भी ज्ञात है कि QIP = IP (जटिलता) = PSPACE[14]

अन्य वर्गों से संबंध

क्यूएमए निम्नलिखित संबंधों द्वारा अन्य ज्ञात जटिलता वर्गों से संबंधित है:

प्रथम समावेशन एनपी (जटिलता) की परिलैंग्वेज से होता है। अगले दो निष्कर्ष इस तथ्य से निकलते हैं कि प्रत्येक विषय में सत्यापनकर्ता को अधिक शक्तिशाली बनाया जा रहा है। क्यूसीएमए, क्यूएमए में समाहित है क्योंकि सत्यापनकर्ता प्रमाण प्राप्त होते ही प्रमाण को मापकर प्रतिष्ठित प्रमाण प्रेक्षित करने के लिए बाध्य कर सकता है। तथ्य यह है कि क्यूएमए पीपी (जटिलता) में निहित है, एलेक्सी किताएव और जॉन वॉटरस (कंप्यूटर वैज्ञानिक) द्वारा प्रदर्शित किया गया था। पीपी को पीस्पेस में भी सरलता से प्रदर्शित किया जाता है।

यह अज्ञात है कि इनमें से कोई भी समावेशन बिना नियम सख्त है, क्योंकि यह भी ज्ञात नहीं है कि क्या पी पूर्ण रूप से पीस्पेस में समाहित है या पी = पीस्पेस में है। चूँकि, क्यूएमए पर वर्तमान में सबसे उचित ज्ञात ऊपरी सीमाएँ हैं:[15][16]

और ,

दोनों जहाँ और में समाहित हैं। यह संभावना नहीं है कि के समान होता है, जैसा कि इसका तात्पर्य - होता है। यह अज्ञात है या नहीं या इसके विपरीत है।

संदर्भ

  1. Aharonov, Dorit; Naveh, Tomer (2002). "Quantum NP – A Survey". arXiv:quant-ph/0210077v1.
  2. 2.0 2.1 Watrous, John (2009). "Quantum Computational Complexity". In Meyers, Robert A. (ed.). जटिलता और सिस्टम विज्ञान का विश्वकोश. pp. 7174–7201. arXiv:0804.3401. doi:10.1007/978-0-387-30440-3_428.
  3. Gharibian, Sevag; Huang, Yichen; Landau, Zeph; Shin, Seung Woo (2015). "क्वांटम हैमिल्टनियन जटिलता". Foundations and Trends in Theoretical Computer Science. 10 (3): 159–282. arXiv:1401.3916. doi:10.1561/0400000066.
  4. O'Donnel, Ryan. "Lecture 24: QMA: Quantum Merlin Arthur" (PDF). Retrieved 18 April 2021.
  5. Kempe, Julia; Kitaev, Alexei; Regev, Oded (2006). "स्थानीय हैमिल्टनियन समस्या की जटिलता". SIAM Journal on Computing. 35 (5): 1070–1097. arXiv:quant-ph/0406180v2. doi:10.1137/S0097539704445226..
  6. Oliveira, Roberto; Terhal, Barbara M. (2008). "The complexity of quantum spin systems on a two-dimensional square lattice". Quantum Information and Computation. 8 (10): 900–924. arXiv:quant-ph/0504050. Bibcode:2005quant.ph..4050O.
  7. Aharonov, Dorit; Gottesman, Daniel; Irani, Sandy; Kempe, Julia (2009). "The power of quantum systems on a line". Communications in Mathematical Physics. 287 (1): 41–65. arXiv:0705.4077. Bibcode:2009CMaPh.287...41A. doi:10.1007/s00220-008-0710-3.
  8. Aharonov, Dorit; Gottesman, Daniel; Irani, Sandy; Kempe, Julia (1 April 2009). "एक लाइन पर क्वांटम सिस्टम की शक्ति". Communications in Mathematical Physics. 287 (1): 41–65. doi:10.1007/s00220-008-0710-3.
  9. Bausch, Johannes; Cubitt, Toby; Ozols, Maris (November 2017). "कम स्थानीय आयाम के साथ अनुवादात्मक रूप से अपरिवर्तनीय स्पिन श्रृंखलाओं की जटिलता". Annales Henri Poincaré. 18 (11): 3449–3513. doi:10.1007/s00023-017-0609-7.
  10. Biamonte, Jacob; Love, Peter (2008). "सार्वभौमिक रुद्धोष्म क्वांटम कंप्यूटरों के लिए साकार करने योग्य हैमिल्टनियन". Physical Review A. 78 (1): 012352. arXiv:0704.1287. Bibcode:2008PhRvA..78a2352B. doi:10.1103/PhysRevA.78.012352..
  11. Yuen, Henry. "उलझाव की जटिलता" (PDF). henryyuen.net. Retrieved 20 April 2021.
  12. Jain, Rahul; Upadhyay, Sarvagya; Watrous, John (2009). "Two-message quantum interactive proofs are in PSPACE". Proceedings of the 50th Annual IEEE Symposium on Foundations of Computer Science (FOCS '09). IEEE Computer Society. pp. 534–543. doi:10.1109/FOCS.2009.30. ISBN 978-0-7695-3850-1.
  13. Watrous, John (2003). "पीएसपीएसीई में निरंतर-गोल क्वांटम इंटरैक्टिव प्रूफ सिस्टम हैं". Theoretical Computer Science. 292 (3): 575–588. doi:10.1016/S0304-3975(01)00375-9.
  14. Jain, Rahul; Ji, Zhengfeng; Upadhyay, Sarvagya; Watrous, John (2011). "QIP = PSPACE". Journal of the ACM. 58 (6): A30. doi:10.1145/2049697.2049704.
  15. Vyalyi, Mikhail N. (2003). "QMA = PP implies that PP contains PH". Electronic Colloquium on Computational Complexity.
  16. Gharibian, Sevag; Yirka, Justin (2019). "The complexity of simulating local measurements on quantum systems". Quantum. 3: 189. doi:10.22331/q-2019-09-30-189.


बाहरी संबंध