Hardness of recognizing phases of matter
Thomas Schuster, Dominik Kufel, Norman Y. Yao, Hsin-Yuan Huang
我们证明,认识到未知量子态物质的阶段是量子计算的难度。 更具体地说,我们表明任何相位识别算法的量子计算时间必须在未知状态的相关性ξ范围内呈指数增长。 这种指数级增长使问题几乎不可行,即使是中等相关性范围,并且每当ξ = ω(log n)时,系统大小n都会导致超多项式量子计算时间。 我们的结果适用于所有已知物质阶段的很大一部分,包括任何空间维度中任何离散的现场对称组的对称断裂相和对称保护的拓扑相。 为了建立这种硬度,我们将伪随机单位(PRU)的研究扩展到具有对称性的量子系统。 我们证明对称的PRU存在于标准的加密猜想下,可以在极低的电路深度下构建。 我们还为具有翻译不变性和纯经典物质阶段的系统建立硬度。 一个关键的技术限制是,我们认为各州的母哈密尔顿人的位置是线性的ξ; ,对于具有恒定位置的哈密顿人来说,阶段识别的复杂性仍然是一个重要的开放问题。
We prove that recognizing the phase of matter of an unknown quantum state is quantum computationally hard. More specifically, we show that the quantum computational time of any phase recognition algorithm must grow exponentially in the range of correlations ξ of the unknown state. This exponential growth renders the problem practically infeasible for even moderate correlation ranges, and leads to super-polynomial quantum computational time in the system size n whenever ξ = ω(log n). Our results ...