En un giro irónico Los físicos han demostrado que la misma propiedad que se puede usar para demostrar que los dispositivos de computación cuántica pueden resolver algunos problemas que las computadoras clásicas no pueden, también hace que sea imposible certificar de manera eficiente que esta "supremacía cuántica" se haya logrado efectivamente. para una amplia variedad de esquemas. En computación cuántica, El tema de la certificación es crucial para verificar formalmente la potencia informática superior de los dispositivos cuánticos.

El equipo de Alemania, Dominik Hangleiter, Martin Kliesch, Jens Eisert, y Christian Gogolin, ha publicado un artículo sobre su trabajo sobre la certificación de supremacía cuántica en una edición reciente de Cartas de revisión física.

"Demostramos rigurosamente una intuición que muchos en el campo compartían, a saber, que la certificación de los esquemas de muestreo aleatorio propuestos para una demostración de supremacía cuántica requiere exponencialmente muchas muestras, "Hangleiter, en la Universidad Libre de Berlín, dicho Phys.org . "Uno de los hallazgos más intrigantes de nuestro trabajo es que esto se debe a la propiedad misma que permite probar la dureza de muestreo aproximada en primer lugar, a saber, la uniformidad de las distribuciones muestreadas. Nuestro trabajo también apunta hacia una posible salida a este dilema:protocolos de certificación interactivos o cuánticos ".

El término "supremacía cuántica" se refiere a la posibilidad de que los dispositivos de computación cuántica puedan resolver algunos problemas que son prácticamente inviables para que los resuelvan las computadoras clásicas. Un problema que se considera intratable para las computadoras clásicas es el muestreo aleatorio de ciertas distribuciones muy planas (en las que todos los resultados son casi igualmente probables) sobre conjuntos de datos exponencialmente grandes.

En la actualidad, no universal, una computadora cuántica tolerante a fallas está disponible para experimentar, pero se cree que incluso los limitados dispositivos cuánticos que están disponibles en la actualidad son capaces de realizar la tarea de muestreo aleatorio. Intuitivamente, esto se debe a que los dispositivos cuánticos pueden preparar un estado en la superposición correcta de todos los elementos de un conjunto, mientras que los dispositivos clásicos necesitan acceder a las exponencialmente muchas probabilidades una por una.

Una de las limitaciones de todos los dispositivos físicos (cuánticos o clásicos) es que solo son capaces de realizar un muestreo aproximado. Entonces, para demostrar la supremacía cuántica, los investigadores deben demostrar que el muestreo aproximado de un dispositivo cuántico está lo suficientemente cerca del muestreo ideal para que aún sea intratable para las computadoras clásicas.

Todas las pruebas actuales de este concepto, que se llama dureza de muestreo aproximada, utilice pequeños segundos momentos. En la tarea de muestreo aleatorio, una distribución se elige al azar. Esencialmente, Los segundos momentos pequeños significan que la distribución elegida al azar se concentra alrededor de la distribución uniforme y, por lo tanto, es muy plana.

En el nuevo periódico, Los investigadores muestran que los segundos momentos pequeños también prohíben la certificación eficiente de las muestras únicamente. Es decir, Las distribuciones de muestreo con segundos momentos pequeños no se pueden certificar con muchas muestras polinomiales, pero en cambio requieren exponencialmente muchas muestras. Esto hace que la certificación sea ineficiente y poco realista para realizar en un período de tiempo razonable.

Los resultados son válidos para una variedad de esquemas de muestreo ampliamente utilizados, incluyendo muestreo de bosones y muestreo de circuito aleatorio universal, entre otros. Sin embargo, Los resultados no significan que una certificación eficiente sea necesariamente imposible por cualquier método. Los investigadores esperan que, en lugar de, los hallazgos motivarán el desarrollo de esquemas de certificación alternativos, así como pruebas de dureza de muestreo aproximada que se aplican a distribuciones con segundos momentos mayores.

"Nuestro trabajo guía el camino hacia dónde buscar esquemas de certificación factibles, "Dijo Hangleiter." En particular, a menudo tiene sentido utilizar el conocimiento específico del dispositivo para aprovechar la certificación. Una dirección de la investigación es desarrollar esquemas de certificación específicos del dispositivo tanto para esquemas de muestreo cuántico, pero pensando más, también para tareas más elaboradas que se pueden realizar en computadoras cuánticas.

"Los esquemas de muestreo cuántico son propuestas de supremacía cuántica muy 'limpias' en el sentido de que permiten un argumento de dureza de la teoría de la complejidad. Al mismo tiempo, no tienen aplicaciones reales (todavía). Una segunda dirección de investigación es desarrollar esquemas que sean factibles en dispositivos a corto plazo y, sin embargo, difíciles, que también resuelven una tarea útil, así como para encontrar aplicaciones para los esquemas de muestreo conocidos ".

© 2019 Science X Network