In een ironische draai, natuurkundigen hebben aangetoond dat juist de eigenschap die kan worden gebruikt om aan te tonen dat kwantumcomputers sommige problemen kunnen oplossen die klassieke computers niet kunnen, het ook onmogelijk maakt om efficiënt te certificeren dat deze "kwantumoverheersing" inderdaad is bereikt, voor een breed scala aan regelingen. Bij kwantumcomputers, de kwestie van certificering is cruciaal voor het formeel verifiëren van de superieure rekenkracht van kwantumapparaten.

Het team uit Duitsland, Dominik Hangleiter, Martin Kliesch, Jens Eiert, en Christian Gogolin, heeft een paper gepubliceerd over hun werk op het gebied van kwantumsuprematiecertificering in een recent nummer van Fysieke beoordelingsbrieven.

"We bewijzen rigoureus een intuïtie die velen in het veld deelden, namelijk, dat het certificeren van willekeurige steekproefschema's die worden voorgesteld voor een demonstratie van kwantumsuprematie exponentieel veel steekproeven vereist, "Hangleiter, aan de Vrije Universiteit van Berlijn, vertelde Phys.org . "Een van de meest intrigerende bevindingen van ons werk is dat dit te wijten is aan de eigenschap die het in de eerste plaats mogelijk maakt om bij benadering de bemonsteringshardheid te bewijzen, namelijk, de vlakheid van de gesamplede verdelingen. Ons werk wijst ook op een mogelijke uitweg uit dit dilemma:interactieve of kwantumcertificeringsprotocollen."

De term "kwantum suprematie" verwijst naar de mogelijkheid dat kwantumcomputers een aantal problemen kunnen oplossen die praktisch onhaalbaar zijn voor klassieke computers. Een probleem dat voor klassieke computers als onhandelbaar wordt beschouwd, is het willekeurig nemen van steekproeven uit bepaalde zeer vlakke distributies (waarbij alle uitkomsten bijna even waarschijnlijk zijn) over exponentieel grote datasets.

Momenteel, geen universeel, fouttolerante kwantumcomputer beschikbaar is om mee te experimenteren, maar zelfs de beperkte kwantumapparaten die vandaag beschikbaar zijn, worden verondersteld in staat te zijn om de willekeurige steekproeftaak uit te voeren. Intuïtief, dit komt omdat kwantumapparaten een toestand kunnen voorbereiden in de juiste superpositie van alle elementen van een verzameling, terwijl klassieke apparaten één voor één toegang moeten krijgen tot de exponentieel vele kansen.

Een van de beperkingen van alle fysieke apparaten (kwantum of klassiek) is dat ze alleen bij benadering kunnen worden bemonsterd. Dus om quantum suprematie aan te tonen, onderzoekers moeten aantonen dat de geschatte bemonstering van een kwantumapparaat dicht genoeg bij de ideale bemonstering ligt, zodat het nog steeds onhandelbaar is voor klassieke computers.

Alle huidige bewijzen van dit concept, wat de geschatte bemonsteringshardheid wordt genoemd, gebruik kleine tweede momenten. In de willekeurige steekproeftaak, een verdeling wordt willekeurig gekozen. Eigenlijk, kleine tweede momenten zorgen ervoor dat de willekeurig gekozen verdeling zich concentreert rond de uniforme verdeling en dus erg vlak is.

In de nieuwe krant de onderzoekers laten zien dat kleine tweede momenten ook een efficiënte certificering van alleen de monsters verbieden. Dat is, steekproevenverdelingen met kleine tweede momenten kunnen niet worden gecertificeerd met polynoom veel steekproeven, maar vereisen in plaats daarvan exponentieel veel monsters. Dit maakt certificering inefficiënt en onrealistisch om binnen een redelijke tijd uit te voeren.

De resultaten gelden voor een verscheidenheid aan veelgebruikte steekproefschema's, inclusief bosonbemonstering en universele willekeurige circuitbemonstering, onder andere. Echter, de resultaten betekenen niet dat efficiënte certificering op welke manier dan ook onmogelijk is. De onderzoekers hopen dat in plaats daarvan, de bevindingen zullen de ontwikkeling van alternatieve certificeringsschema's motiveren, evenals bewijzen van geschatte bemonsteringshardheid die van toepassing zijn op distributies met grotere tweede momenten.

"Ons werk wijst de weg naar waar te zoeken naar haalbare certificeringsschema's, "Zei Hangleiter. "In het bijzonder, het is vaak zinvol om apparaatspecifieke kennis te gebruiken om certificering te benutten. Een onderzoeksrichting is het ontwikkelen van apparaatspecifieke certificeringsschema's voor zowel kwantumbemonsteringsschema's, maar verder denken, ook voor meer uitgebreide taken die op kwantumcomputers kunnen worden uitgevoerd.

"Kwantumbemonsteringsschema's zijn zeer 'schone' voorstellen voor kwantumsuprematie in de zin dat ze een complexiteitstheoretisch hardheidsargument mogelijk maken. ze hebben (nog) geen echte toepassingen. Een tweede onderzoeksrichting is het ontwikkelen van schema's die uitvoerbaar zijn op apparaten op korte termijn en toch moeilijk, die ook een nuttige taak oplossen, en om toepassingen te vinden voor de bekende bemonsteringsschema's."

© 2019 Wetenschap X Netwerk