Quantum circuit complexity-a measure of the minimum number of gates needed to implement a given unitary transformation-is a fundamental concept in quantum computation, with widespread applications ranging from determining the running time of quantum algorithms to understanding the physics of black holes. In this work, we study the complexity of quantum circuits using the notions of sensitivity, average sensitivity (also called influence), magic, and coherence. We characterize the set of unitaries with vanishing sensitivity and show that it coincides with the family of matchgates. Since matchgates are tractable quantum circuits, we have proved that sensitivity is necessary for a quantum speedup. As magic is another measure to quantify quantum advantage, it is interesting to understand the relation between magic and sensitivity. We do this by introducing a quantum version of the Fourier entropy-influence relation. Our results are pivotal for understanding the role of sensitivity, magic, and coherence in quantum computation.


翻译:量子电路复杂度- 量子计算中一个基本概念,其应用范围广泛,从量子算法运行时间的确定到了解黑洞物理。在这项工作中,我们利用敏感度、平均敏感度(也称为影响)、魔法和一致性等概念研究量子电路的复杂性。我们用消失敏感度来描述一套单词,并表明它与配对门的组合相吻合。由于配对门是可伸缩量子电路,我们已经证明量子加速需要敏感性。作为量化量子优势的另一项措施,我们很有兴趣了解魔力和灵敏度之间的关系。我们这样做的方法是引入四倍的酶效应关系量子版。我们的结果对于理解量子计算中的敏感度、魔法和一致性的作用至关重要。

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