(Phys.org)—Les chercheurs ont introduit un nouveau problème informatique et montré qu'il serait extrêmement difficile, sinon impossible, pour un ordinateur classique à résoudre, mais en théorie, il pourrait être efficacement résolu en utilisant des techniques quantiques. Le problème, qui est appelé échantillonnage de boson gaussien, est une nouvelle version de l'échantillonnage des bosons, qui est un problème informatique similaire qui a été introduit il y a quelques années dans le but de démontrer les avantages potentiels des ordinateurs quantiques par rapport aux ordinateurs classiques.

Les chercheurs de la nouvelle étude, Craig S. Hamilton et al., de l'Université technique tchèque de Prague et de l'Université de Paderborn en Allemagne, ont publié un article sur l'échantillonnage des bosons gaussiens dans un récent numéro de Lettres d'examen physique .

Globalement, le problème d'échantillonnage de boson gaussien est très similaire au problème d'échantillonnage de boson d'origine, qui a été proposé en 2011 par Scott Aaronson et Alex Arkhipov. Dans les deux problèmes, la tâche est de trouver la probabilité de mesurer certains motifs de photons émergeant d'un système optique, étant donné une certaine configuration d'entrée de photons. En théorie de la complexité, l'échantillonnage des bosons est supposé être un problème #P-difficile, ce qui rend extrêmement improbable qu'il puisse être résolu par un ordinateur classique.

Bien qu'il n'existe actuellement aucun ordinateur quantique capable de résoudre le problème d'échantillonnage des bosons, plusieurs groupes de recherche ont tenté de mettre en œuvre et de résoudre le problème en utilisant des expériences d'optique quantique. L'un des plus grands défis de ces expériences est de générer un grand nombre de photons uniques. Étant donné que des sources parfaitement déterministes de photons uniques ne sont pas actuellement disponibles, toutes les expériences réalisées jusqu'à présent ont utilisé des sources de photons qui sont probabilistes plutôt que déterministes.

L'inconvénient de l'utilisation de sources de photons probabilistes est que le coût de génération des photons augmente de façon exponentielle à mesure que le nombre de photons augmente. Jusque là, le plus grand nombre de photons utilisés est cinq, ce qui ne suffit pas à démontrer de façon concluante l'intérêt d'utiliser des ordinateurs quantiques. (Soulignant encore la difficulté de démontrer un avantage quantique dans ce domaine, une étude récente a montré que les ordinateurs classiques peuvent simuler le problème d'échantillonnage des bosons en utilisant 30 photons, suggérant que les méthodes quantiques ont plus à prouver qu'on ne le pensait auparavant.)

Pour tenter de faciliter l'obtention d'un plus grand nombre de photons dans les expériences d'échantillonnage de bosons, les chercheurs de la nouvelle étude se sont penchés spécifiquement sur l'échantillonnage des bosons à l'aide d'états gaussiens. Bien que les états gaussiens aient déjà été utilisés dans les expériences, leur nature gaussienne n'a jamais été spécifiquement étudiée. Ces états ont l'avantage d'être moins coûteux à produire expérimentalement.

"Le plus gros avantage de notre protocole est la possibilité d'utiliser davantage de photons générés à partir de nos états d'entrée, " Hamilton a dit à Phys.org. " Cela signifie, si le nombre de photons est le principal obstacle pour les expérimentateurs, il devrait être plus facile de démontrer un avantage quantique en utilisant des états gaussiens."

L'un des principaux résultats de la nouvelle étude est que, bien que plus facile à mettre en œuvre expérimentalement, L'échantillonnage du boson gaussien est toujours un problème #P-difficile et donc, comme l'échantillonnage de bosons, a également le potentiel de servir de plate-forme illustrant les avantages de l'informatique quantique. Spécifiquement, les chercheurs montrent que l'échantillonnage des bosons gaussiens est lié à une fonction matricielle appelée Hafnien, un problème si difficile qu'actuellement aucun ordinateur classique ne peut approcher efficacement une solution.

Globalement, les résultats suggèrent que l'échantillonnage des bosons gaussiens peut avoir plusieurs avantages expérimentaux et théoriques par rapport à l'échantillonnage général des bosons, et fournira probablement aux chercheurs un autre outil pour déterminer où tracer la ligne entre l'informatique quantique et classique.

© 2017 Phys.org