L'optique linéaire constitue l'un des meilleurs exemples pour démontrer la physique quantique. Il fonctionne à température ambiante, et peut être observé avec des appareils relativement simples. L'optique linéaire implique des processus physiques qui conservent le nombre total de photons. Dans le cas idéal, s'il y a 100 photons au départ, peu importe la complexité du processus physique, il restera exactement 100 photons à la fin.

Les photons sont des particules bosoniques sans interaction. Cependant, ils peuvent toujours interférer les uns avec les autres, présentant des effets quantiques non négligeables. Un exemple typique est l'expérience de Hong-Ou-Mandel, où deux photons identiques sont envoyés à un dispositif expérimental. Après une simple transformation linéaire, les deux photons apparaissent comme collés l'un à l'autre et ne voulant pas se séparer. En plus de fournir une compréhension fondamentale de la mécanique quantique, l'étude de l'optique linéaire a également conduit à de nombreuses applications scientifiques.

Dans les années récentes, les propriétés uniques des systèmes optiques linéaires ont également inspiré le développement de la théorie de la complexité computationnelle. En 2012, Le professeur Scott Aaronson du MIT (actuellement à l'Université du Texas à Austin) a proposé une méthode optique linéaire pour démontrer la suprématie quantique (informatique), qui est basé sur le concept d'échantillonnage de bosons. Plus précisement, Aaronson a suggéré que pour une classe de problèmes d'échantillonnage basés sur des systèmes optiques linéaires, il serait impossible en pratique d'appliquer n'importe quel ordinateur classique pour simuler. Cette idée déclenche immédiatement une course pour atteindre le statut de « suprématie quantique ». De nombreux laboratoires d'optique quantique dans le monde se sont intéressés au développement de systèmes d'échantillonnage de bosons pour battre des records en termes de nombre de photons. D'autre part, les informaticiens sont occupés à appliquer des superordinateurs pour élever la barre pour atteindre la suprématie quantique.

Cependant, en termes de problèmes pratiques, l'application du modèle d'échantillonnage des bosons n'est pas une bonne approche. Par conséquent, Aaronson a soulevé une question en 2012 :outre les problèmes d'échantillonnage, les chercheurs peuvent-ils exploiter l'optique linéaire pour atteindre la suprématie quantique en termes de problèmes de décision avec une réponse OUI/NON ? Récemment, le professeur Man-Hong Yung, professeur agrégé de SUSTech et ses collègues ont publié un article intitulé "Universal bound on sampling bosons in linear optics and its computational implications" dans Revue scientifique nationale ( RSN ), offrant une solution complète au problème ouvert posé par Aaronson.

Spécifiquement, L'équipe de Yung a découvert une limite fondamentale sur les probabilités de transition des systèmes optiques linéaires, restreindre la capacité de transférer des bosons à l'aide de dispositifs optiques linéaires. Avec les outils de l'optique quantique, ils ont développé un algorithme classique qui peut estimer efficacement l'amplitude de transition avec une erreur bornée. Par conséquent, ces résultats conduisent à une réponse négative au problème ouvert d'Aaronson. En d'autres termes, pour coder des problèmes de décision difficiles, il est nécessaire d'utiliser des systèmes d'optique quantique plus complexes au lieu de simplement l'optique linéaire.

En tant que domaine interdisciplinaire entre la physique quantique et l'informatique, la science de l'information quantique reste un domaine de recherche très actif. D'une part, les résultats de l'équipe de Yung contribuent au fondement théorique de l'optique quantique; d'autre part, en plus de l'échantillonnage des bosons, ces résultats pointent vers une nouvelle perspective sur les problèmes de complexité de calcul en termes d'optique quantique. Indubitablement, à l'avenir, nous devrions nous attendre à voir de nombreux autres résultats passionnants comme ceux-ci dans ce domaine.