Ett test för att certifiera kvantöverhöghet kommer att acceptera en sannolikhetsfördelning om det är klassiskt svårt, och annars kommer att avvisa det. Kredit:Hangleiter et al.
I en ironisk twist, fysiker har visat att själva egenskapen som kan användas för att visa att kvantberäkningsenheter kan lösa vissa problem som klassiska datorer inte kan också gör det omöjligt att effektivt intyga att denna "kvantöverlägsenhet" verkligen har uppnåtts, för en mängd olika system. Inom kvantberäkning, frågan om certifiering är avgörande för att formellt verifiera kvantenheternas överlägsna datorkraft.
Teamet från Tyskland, Dominik Hangleiter, Martin Kliesch, Jens Eisert, och Christian Gogolin, har publicerat en artikel om deras arbete med quantum supremacy certification i ett färskt nummer av Fysiska granskningsbrev.
"Vi bevisar noggrant en intuition som många inom området delade, nämligen, att certifiering av slumpmässiga urvalsscheman som föreslagits för en demonstration av kvantherravälde kräver exponentiellt många prover, "Hängeliter, vid Free University of Berlin, berättade Phys.org . "En av de mest spännande resultaten av vårt arbete är att detta beror på själva egenskapen som gör det möjligt att bevisa ungefärlig provtagningshårdhet i första hand, nämligen, planheten hos de provtagna fördelningarna. Vårt arbete pekar också på en potentiell väg ut ur detta dilemma:interaktiva eller kvantcertifieringsprotokoll."
Termen "kvantöverlägsenhet" hänvisar till möjligheten att kvantberäkningsenheter kan lösa vissa problem som är praktiskt taget omöjliga för klassiska datorer att lösa. Ett problem som anses svårlöst för klassiska datorer är slumpmässigt urval från vissa mycket platta distributioner (där alla utfall är nästan lika sannolika) över exponentiellt stora datamängder.
För närvarande, ingen universell, feltolerant kvantdator är tillgänglig att experimentera med, men även de begränsade kvantenheter som finns tillgängliga idag tros vara kapabla att utföra den slumpmässiga provtagningsuppgiften. Intuitivt, detta beror på att kvantenheter kan förbereda ett tillstånd i korrekt överlagring av alla element i en mängd, medan klassiska enheter behöver komma åt de exponentiellt många sannolikheterna en efter en.
En av begränsningarna för alla fysiska enheter (kvant eller klassiska) är att de endast kan ta ett ungefärligt urval. Så för att visa kvantöverhöghet, forskare måste visa att en kvantenhets ungefärliga provtagning är tillräckligt nära idealisk provtagning så att den fortfarande är svårbehandlad för klassiska datorer.
Alla aktuella bevis på detta koncept, som kallas ungefärlig provtagningshårdhet, använd små andra ögonblick. I stickprovsuppgiften, en fördelning väljs slumpmässigt. Väsentligen, små sekundmoment gör att den slumpmässigt valda fördelningen koncentreras kring den enhetliga fördelningen och därför är mycket platt.
I den nya tidningen, forskarna visar att små andra ögonblick också förbjuder effektiv certifiering från enbart proverna. Det är, samplingsfördelningar med små sekundmoment kan inte certifieras med polynomiellt många sampel, men kräver istället exponentiellt många sampel. Detta gör certifieringen ineffektiv och orealistisk att utföra inom rimlig tid.
Resultaten gäller för en mängd brett använda provtagningsscheman, inklusive bosonsampling och universell slumpmässig kretssampling, bland andra. Dock, resultaten betyder inte att en effektiv certifiering nödvändigtvis är omöjlig på något sätt. Forskarna hoppas att istället, resultaten kommer att motivera utvecklingen av alternativa certifieringssystem, samt bevis på ungefärlig provtagningshårdhet som gäller fördelningar med större sekundmoment.
"Vårt arbete vägleder vägen för var man ska leta efter genomförbara certifieringssystem, Hangleiter sa. "Särskilt, Det är ofta vettigt att använda enhetsspecifik kunskap för att utnyttja certifieringen. En forskningsriktning är att utveckla enhetsspecifika certifieringssystem både för kvantprovtagningssystem, men tänker vidare, även för mer utarbetade uppgifter som kan utföras på kvantdatorer.
"Kvantsamplingsscheman är mycket "rena" förslag om kvantöverhöghet i den meningen att de tillåter ett komplexitetsteoretisk hårdhetsargument. Samtidigt, de har inga riktiga applikationer (ännu). En andra forskningsriktning är att utveckla system som är genomförbara på kortsiktiga enheter och ändå svåra, som också löser en användbar uppgift, samt att hitta tillämpningar för de kända provtagningssystemen."
© 2019 Science X Network
