Em uma reviravolta irônica, os físicos mostraram que a própria propriedade que pode ser usada para mostrar que os dispositivos de computação quântica podem resolver alguns problemas que os computadores clássicos não podem também torna impossível certificar de forma eficiente que essa "supremacia quântica" foi realmente alcançada, para uma ampla variedade de esquemas. Na computação quântica, a questão da certificação é crucial para verificar formalmente o poder de computação superior dos dispositivos quânticos.

A equipe da Alemanha, Dominik Hangleiter, Martin Kliesch, Jens Eisert, e Christian Gogolin, publicou um artigo sobre seu trabalho na certificação da supremacia quântica em uma edição recente da Cartas de revisão física.

"Provamos com rigor uma intuição que muitos no campo compartilharam, nomeadamente, que a certificação de esquemas de amostragem aleatória propostos para uma demonstração de supremacia quântica requer exponencialmente muitas amostras, "Hangleiter, na Universidade Livre de Berlim, contado Phys.org . “Uma das descobertas mais intrigantes de nosso trabalho é que isso se deve à própria propriedade que permite provar a dureza de amostragem aproximada em primeiro lugar, nomeadamente, a planura das distribuições amostradas. Nosso trabalho também aponta para uma possível saída para este dilema:protocolos de certificação interativos ou quânticos. "

O termo "supremacia quântica" refere-se à possibilidade de que dispositivos de computação quântica possam resolver alguns problemas que são praticamente inviáveis ​​para os computadores clássicos resolverem. Um problema considerado intratável para computadores clássicos é a amostragem aleatória de certas distribuições muito planas (nas quais todos os resultados são quase igualmente prováveis) em conjuntos de dados exponencialmente grandes.

Atualmente, não universal, computador quântico tolerante a falhas está disponível para experimentar, mas mesmo os dispositivos quânticos limitados que estão disponíveis hoje são considerados capazes de realizar a tarefa de amostragem aleatória. Intuitivamente, isso ocorre porque os dispositivos quânticos podem preparar um estado na superposição correta de todos os elementos de um conjunto, enquanto os dispositivos clássicos precisam acessar as probabilidades exponencialmente muitas, uma por uma.

Uma das limitações de todos os dispositivos físicos (quânticos ou clássicos) é que eles só são capazes de amostragem aproximada. Então, a fim de demonstrar a supremacia quântica, os pesquisadores devem mostrar que a amostragem aproximada de um dispositivo quântico é próxima o suficiente da amostragem ideal para que ainda seja intratável para computadores clássicos.

Todas as provas atuais deste conceito, que é chamada de dureza de amostragem aproximada, use pequenos segundos momentos. Na tarefa de amostragem aleatória, uma distribuição é escolhida aleatoriamente. Essencialmente, segundos pequenos momentos significam que a distribuição escolhida aleatoriamente se concentra em torno da distribuição uniforme e é, portanto, muito plana.

No novo jornal, os pesquisadores mostram que pequenos segundos também proíbem a certificação eficiente apenas das amostras. Isso é, distribuições de amostragem com pequenos segundos momentos não podem ser certificadas com muitas amostras polinomialmente, mas, em vez disso, exigem muitas amostras exponencialmente. Isso torna a certificação ineficiente e irrealista para ser executada em um período de tempo razoável.

Os resultados são válidos para uma variedade de esquemas de amostragem amplamente utilizados, incluindo amostragem de bóson e amostragem de circuito aleatório universal, entre outros. Contudo, os resultados não significam que uma certificação eficiente seja necessariamente impossível por qualquer método. Os pesquisadores esperam que, em vez de, os resultados irão motivar o desenvolvimento de esquemas de certificação alternativos, bem como provas de dureza de amostragem aproximada que se aplicam a distribuições com segundos momentos maiores.

"Nosso trabalho orienta o caminho para onde procurar esquemas de certificação viáveis, "Hangleiter disse." Em particular, geralmente faz sentido usar o conhecimento específico do dispositivo para alavancar a certificação. Uma direção da pesquisa é desenvolver esquemas de certificação específicos para dispositivos, tanto para esquemas de amostragem quântica, mas pensando mais, também para tarefas mais elaboradas que podem ser realizadas em computadores quânticos.

"Os esquemas de amostragem quântica são propostas de supremacia quântica muito 'limpas' no sentido de que permitem um argumento de dureza teórico-complexo. Ao mesmo tempo, eles não têm aplicativos reais (ainda). Uma segunda direção de pesquisa é desenvolver esquemas que sejam viáveis ​​em dispositivos de curto prazo e, ainda assim, difíceis, que também resolvem uma tarefa útil, bem como para encontrar aplicações para os esquemas de amostragem conhecidos. "

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