undefined

Quantum computing algorithms for inverse problems on graphs and an NP-complete inverse problem

Julkaisuvuosi

2024

Tekijät

Ilmavirta, Joonas; Lassas, Matti; Lu, Jinpeng; Oksanen, Lauri; Ylinen, Lauri

Tiivistelmä

We consider an inverse problem for a finite graph (X,E) where we are given a subset of vertices B⊂X and the distances d(X,E)(b1,b2) of all vertices b1,b2∈B. The distance of points x1,x2∈X is defined as the minimal number of edges needed to connect two vertices, so all edges have length 1. The inverse problem is a discrete version of the boundary rigidity problem in Riemannian geometry or the inverse travel time problem in geophysics. We will show that this problem has unique solution under certain conditions and develop quantum computing methods to solve it. We prove the following uniqueness result: when (X,E) is a tree and B is the set of leaves of the tree, the graph (X,E) can be uniquely determined in the class of all graphs having a fixed number of vertices. We present a quantum computing algorithm which produces a graph (X,E), or one of those, which has a given number of vertices and the required distances between vertices in B. To this end we develop an algorithm that takes in a qubit representation of a graph and combine it with Grover's search algorithm. The algorithm can be implemented using only O(|X|2) qubits, the same order as the number of elements in the adjacency matrix of (X,E). It also has a quadratic improvement in computational cost compared to standard classical algorithms. Finally, we consider applications in theory of computation, and show that a slight modification of the above inverse problem is NP-complete: all NP-problems can be reduced to a discrete inverse problem we consider.
Näytä enemmän

Organisaatiot ja tekijät

Aalto-yliopisto

Ylinen Lauri Orcid -palvelun logo

Jyväskylän yliopisto

Ilmavirta Joonas Orcid -palvelun logo

Helsingin yliopisto

Lu Jinpeng

Oksanen Lauri

Ylinen Lauri

Lassas Matti

Julkaisutyyppi

Julkaisumuoto

Artikkeli

Emojulkaisun tyyppi

Lehti

Artikkelin tyyppi

Alkuperäisartikkeli

Yleisö

Tieteellinen

Vertaisarvioitu

Vertaisarvioitu

OKM:n julkaisutyyppiluokitus

A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessä

Julkaisukanavan tiedot

Avoin saatavuus

Avoin saatavuus kustantajan palvelussa

Ei

Rinnakkaistallennettu

Kyllä

Muut tiedot

Tieteenalat

Matematiikka; Tietojenkäsittely ja informaatiotieteet

Avainsanat

[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]

Julkaisumaa

Yhdysvallat (USA)

Kustantajan kansainvälisyys

Kansainvälinen

Kieli

englanti

Kansainvälinen yhteisjulkaisu

Ei

Yhteisjulkaisu yrityksen kanssa

Ei

DOI

10.3934/ipi.2024049

Julkaisu kuuluu opetus- ja kulttuuriministeriön tiedonkeruuseen

Kyllä