(Phys.org) —Los investigadores han introducido un nuevo problema informático y han demostrado que sería extremadamente difícil, si no es imposible, para que una computadora clásica resuelva, pero en teoría podría resolverse de manera eficiente utilizando técnicas cuánticas. El problema, que se llama muestreo de bosones gaussianos, es una nueva versión del muestreo de bosones, que es un problema informático similar que se introdujo hace unos años con el objetivo de demostrar las ventajas potenciales de las computadoras cuánticas sobre las clásicas.

Los investigadores del nuevo estudio, Craig S. Hamilton y col., de la Universidad Técnica Checa en Praga y la Universidad de Paderborn en Alemania, han publicado un artículo sobre muestreo de bosones gaussianos en un número reciente de Cartas de revisión física .

En general, el problema de muestreo de bosones de Gauss es muy similar al problema de muestreo de bosones original, que fue propuesto en 2011 por Scott Aaronson y Alex Arkhipov. En ambos problemas, la tarea es encontrar la probabilidad de medir ciertos patrones de fotones que emergen de un sistema óptico, dada una cierta configuración de entrada de fotones. En la teoría de la complejidad, Se conjetura que el muestreo de bosones es un problema # P-difícil, lo que hace que sea extremadamente improbable que pueda ser resuelto por una computadora clásica.

Aunque actualmente no existe una computadora cuántica que sea capaz de resolver el problema de muestreo de bosones, varios grupos de investigación han intentado implementar y resolver el problema utilizando experimentos de óptica cuántica. Uno de los mayores desafíos para estos experimentos es generar una gran cantidad de fotones individuales. Dado que actualmente no se dispone de fuentes perfectamente deterministas de fotones individuales, todos los experimentos realizados hasta ahora han utilizado fuentes de fotones que son probabilísticas más que deterministas.

La desventaja de usar fuentes de fotones probabilísticas es que el costo de generar los fotones aumenta exponencialmente a medida que aumenta el número de fotones. Hasta aquí, el mayor número de fotones utilizados es cinco, lo cual no es suficiente para demostrar de manera concluyente la ventaja de usar computadoras cuánticas. (Destacando aún más la dificultad de demostrar una ventaja cuántica en esta área, un estudio reciente ha demostrado que las computadoras clásicas pueden simular el problema de muestreo de bosones usando 30 fotones, sugiriendo que los métodos cuánticos tienen más que probar de lo que se pensaba).

En un intento por facilitar la obtención de un mayor número de fotones en experimentos de muestreo de bosones, los investigadores del nuevo estudio analizaron específicamente el muestreo de bosones utilizando estados gaussianos. Aunque los estados gaussianos ya se han utilizado experimentos, su naturaleza gaussiana nunca fue investigada específicamente. Estos estados tienen la ventaja de ser menos costosos de producir en experimentos.

"La mayor ventaja de nuestro protocolo es la capacidad de utilizar más fotones generados a partir de nuestros estados de entrada, "Hamilton le dijo a Phys.org." Esto significa, si el número de fotones es el principal obstáculo para los experimentadores, debería ser más fácil demostrar una ventaja cuántica utilizando estados gaussianos ".

Uno de los principales resultados del nuevo estudio es que, a pesar de ser más fácil de implementar experimentalmente, El muestreo del bosón gaussiano sigue siendo un problema # P-difícil y, por lo tanto, como muestreo de bosones, también tiene el potencial de servir como plataforma que ilustra las ventajas de la computación cuántica. Específicamente, los investigadores muestran que el muestreo del bosón gaussiano está relacionado con una función matricial llamada Hafnian, un problema tan difícil que actualmente ninguna computadora clásica puede aproximar eficientemente una solución.

En general, los resultados sugieren que el muestreo de bosones de Gauss puede tener varias ventajas experimentales y teóricas sobre el muestreo de bosones general, y probablemente proporcionará a los investigadores otra herramienta para investigar dónde trazar la línea entre la computación cuántica y la clásica.

© 2017 Phys.org