Classically, for many computational problems one can conclude time lower bounds conditioned on the hardness of one or more of key problems: k-SAT, 3SUM and APSP. More recently, similar results have been derived in the quantum setting conditioned on the hardness of k-SAT and 3SUM. This is done using fine-grained reductions, where the approach is to (1) select a key problem $X$ that, for some function $T$, is conjectured to not be solvable by any $O(T(n)^{1-\epsilon})$ time algorithm for any constant $\epsilon > 0$ (in a fixed model of computation), and (2) reduce $X$ in a fine-grained way to these computational problems, thus giving (mostly) tight conditional time lower bounds for them. Interestingly, for Delta-Matching Triangles and Triangle Collection, classical hardness results have been derived conditioned on hardness of all three mentioned key problems. More precisely, it is proven that an $n^{3-\epsilon}$ time classical algorithm for either of these two graph problems would imply faster classical algorithms for k-SAT, 3SUM and APSP, which makes Delta-Matching Triangles and Triangle Collection worthwhile to study. In this paper, we show that an $n^{1.5-\epsilon}$ time quantum algorithm for either of these two graph problems would imply faster quantum algorithms for k-SAT, 3SUM, and APSP. We first formulate a quantum hardness conjecture for APSP and then present quantum reductions from k-SAT, 3SUM, and APSP to Delta-Matching Triangles and Triangle Collection. Additionally, based on the quantum APSP conjecture, we are also able to prove quantum lower bounds for a matrix problem and many graph problems. The matching upper bounds follow trivially for most of them, except for Delta-Matching Triangles and Triangle Collection for which we present quantum algorithms that require careful use of data structures and Ambainis' variable time search.


翻译:对许多计算问题来说,对于许多计算问题来说,人们可以得出以一个或一个以上关键问题(KSAT、3SUM和APSP)的硬度为下限。最近,在以 kSAT 和 3SUM 的硬度为条件的量子设置中,也得出了类似的结果。这是使用细微的削减方法,即(1) 选择一个关键问题$X美元,对于某些函数T$来说,根据任何(T)(n)1-\eepsilon)的硬度判断,不能被任何一个或一个以上关键问题(KSAT,KSAT,3SUM)的硬度调调值调时值调值。对于所有三个关键数据的硬度而言,经典的硬度结果也取决于我们第一次的纸质-MISlon的直径比值。更确切地证明,对于任何恒定的量值的量值的量值,我们第一次需要的是(美元)的量子-MIS-SAT > 0(在一个固定的计算模型中),使S-al- squlue 3S 的精确度结构能算算算算出两个问题。

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