Quantum SAT Problems with Finite Sets of Projectors Are Complete for a Plethora of Classes
Notice bibliographique
Résumé
Previously, all known variants of the Quantum Satisfiability (QSAT) problem - consisting of determining whether a k-local (k-body) Hamiltonian is frustration-free - could be classified as being either in 𝖯; or complete for NP, MA, or QMA₁. Here, we present new qubit variants of this problem that are complete for BQP₁, coRP, QCMA, PI(coRP,NP), PI(BQP₁,NP), PI(BQP₁,MA), SoPU(coRP,NP), SoPU(BQP₁,NP), and SoPU(BQP₁,MA). Our result implies that a complete classification of quantum constraint satisfaction problems (QCSPs), analogous to Schaefer’s dichotomy theorem for classical CSPs, must either include these 13 classes, or otherwise show that some are equal. Additionally, our result showcases two new types of QSAT problems that can be decided efficiently, as well as the first nontrivial BQP₁-complete problem. We first construct QSAT problems on qudits that are complete for BQP₁, coRP, and QCMA. These are made by restricting the finite set of Hamiltonians to consist of elements similar to H_{init}, H_{prop}, and H_{out}, seen in the circuit-to-Hamiltonian transformation. Usually, these are used to demonstrate hardness of QSAT and Local Hamiltonian problems, and so our proofs of hardness are simple. The difficulty lies in ensuring that all Hamiltonians generated with these three elements can be decided in their respective classes. For this, we build our Hamiltonian terms with high-dimensional data and clock qudits, ternary logic, and either monogamy of entanglement or specific clock encodings. We then show how to express these problems in terms of qubits, by proving that any QCSP can be reduced to a qubit problem while maintaining the same complexity - something not believed possible classically. The remaining six problems are obtained by considering "sums" and "products" of some of the QSAT problems mentioned here. Before this work, the QSAT problems generated in this way resulted in complete problems for PI and SoPU classes that were trivially equal to NP, MA, or QMA₁. We thus commence the study of these new and seemingly nontrivial classes. While [Meiburg, 2021] first sought to prove completeness for coRP, BQP₁, and QCMA, we note that those constructions are flawed. Here, we rework them, provide correct proofs, and obtain improvements on the required qudit dimensionality.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,004 | 0,011 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,002 | 0,004 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,002 |
| Études des sciences et des technologies | 0,003 | 0,004 |
| Communication savante | 0,006 | 0,014 |
| Science ouverte | 0,003 | 0,004 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,009 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,009 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».