(Phys.org) —Os pesquisadores introduziram um novo problema de computação e mostraram que seria extremamente difícil, se não impossível, para um computador clássico resolver, mas, em teoria, isso poderia ser resolvido com eficiência usando técnicas quânticas. O problema, que é chamado de amostragem do bóson gaussiano, é uma nova versão de amostragem de bóson, que é um problema de computação semelhante que foi introduzido alguns anos atrás com o objetivo de demonstrar as vantagens potenciais dos computadores quânticos sobre os clássicos.

Os pesquisadores do novo estudo, Craig S. Hamilton et al., da Universidade Técnica Tcheca em Praga e da Universidade de Paderborn na Alemanha, publicaram um artigo sobre a amostragem do bóson gaussiano em uma edição recente da Cartas de revisão física .

Geral, o problema de amostragem do bóson gaussiano é muito semelhante ao problema de amostragem do bóson original, que foi proposto em 2011 por Scott Aaronson e Alex Arkhipov. Em ambos os problemas, a tarefa é encontrar a probabilidade de medir certos padrões de fótons emergindo de um sistema óptico, dada uma certa configuração de entrada de fótons. Na teoria da complexidade, a amostragem do bóson é conjecturada como um problema difícil de # P, o que torna extremamente improvável que possa ser resolvido por um computador clássico.

Embora nenhum computador quântico exista atualmente que seja capaz de resolver o problema de amostragem de bóson, vários grupos de pesquisa tentaram implementar e resolver o problema usando experimentos de óptica quântica. Um dos maiores desafios para esses experimentos é gerar um grande número de fótons únicos. Uma vez que fontes perfeitamente determinísticas de fótons individuais não estão disponíveis atualmente, todos os experimentos realizados até agora usaram fontes de fótons que são probabilísticas em vez de determinísticas.

A desvantagem de usar fontes probabilísticas de fótons é que o custo de geração dos fótons aumenta exponencialmente à medida que o número de fótons aumenta. Até aqui, o maior número de fótons usados ​​é cinco, o que não é suficiente para demonstrar de forma conclusiva a vantagem de usar computadores quânticos. (Enfatizando ainda a dificuldade de demonstrar uma vantagem quântica nesta área, um estudo recente mostrou que os computadores clássicos podem simular o problema de amostragem de bóson usando 30 fótons, sugerindo que os métodos quânticos têm mais a provar do que se pensava anteriormente.)

Na tentativa de tornar mais fácil alcançar um maior número de fótons em experimentos de amostragem de bósons, os pesquisadores no novo estudo analisaram especificamente a amostragem de bósons usando estados gaussianos. Embora estados gaussianos já tenham sido experimentos usados, sua natureza gaussiana nunca foi investigada especificamente. Esses estados têm a vantagem de serem menos dispendiosos de produzir em experimentos.

"A maior vantagem de nosso protocolo é a capacidade de usar mais fótons gerados em nossos estados de entrada, "Hamilton disse ao Phys.org." Isso significa, se o número de fótons é o principal obstáculo para experimentalistas, deveria ser mais fácil demonstrar uma vantagem quântica usando estados gaussianos. "

Um dos principais resultados do novo estudo é que, apesar de ser mais fácil de implementar experimentalmente, A amostragem do bóson gaussiano ainda é um problema # P-difícil e, portanto, como amostragem de bóson, também tem o potencial de servir como uma plataforma que ilustra as vantagens da computação quântica. Especificamente, os pesquisadores mostram que a amostragem do bóson gaussiano está relacionada a uma função de matriz chamada Hafniana, um problema tão difícil que atualmente nenhum computador clássico pode aproximar de forma eficiente uma solução.

Geral, os resultados sugerem que a amostragem do bóson gaussiano pode ter várias vantagens experimentais e teóricas sobre a amostragem geral do bóson, e provavelmente fornecerá aos pesquisadores outra ferramenta para investigar onde traçar a linha entre a computação quântica e a clássica.

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