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    La suprématie quantique et sa certification efficace difficilement réalisables simultanément

    Un test pour certifier la suprématie quantique acceptera une distribution de probabilité si elle est classiquement dure, et sinon le rejettera. Crédit :Hangleiter et al.

    Dans une tournure ironique, les physiciens ont montré que la propriété même qui peut être utilisée pour montrer que les dispositifs informatiques quantiques peuvent résoudre certains problèmes que les ordinateurs classiques ne peuvent pas faire rend également impossible de certifier efficacement que cette "suprématie quantique" a bien été atteinte, pour une grande variété de régimes. En informatique quantique, la question de la certification est cruciale pour vérifier formellement la puissance de calcul supérieure des dispositifs quantiques.

    L'équipe d'Allemagne, Dominik Hangleiter, Martin Kliesch, Jens Eisert, et Christian Gogolin, a publié un article sur leurs travaux sur la certification de la suprématie quantique dans un récent numéro de Lettres d'examen physique.

    « Nous prouvons avec rigueur une intuition que beaucoup de terrain partageaient, à savoir, que la certification des schémas d'échantillonnage aléatoire proposés pour une démonstration de suprématie quantique nécessite un nombre exponentiel d'échantillons, " Hangleter, à l'Université libre de Berlin, Raconté Phys.org . "L'une des découvertes les plus intrigantes de notre travail est que cela est dû à la propriété même qui permet de prouver la dureté d'échantillonnage approximative en premier lieu, à savoir, la planéité des distributions échantillonnées. Notre travail pointe également vers une issue potentielle à ce dilemme :les protocoles de certification interactifs ou quantiques. »

    Le terme « suprématie quantique » fait référence à la possibilité que les appareils informatiques quantiques puissent résoudre certains problèmes qui sont pratiquement impossibles à résoudre pour les ordinateurs classiques. Un problème considéré comme insoluble pour les ordinateurs classiques est l'échantillonnage aléatoire à partir de certaines distributions très plates (dans lesquelles tous les résultats sont presque également probables) sur des ensembles de données exponentiellement volumineux.

    Actuellement, pas d'universel, un ordinateur quantique tolérant aux pannes est disponible pour expérimenter, mais même les dispositifs quantiques limités disponibles aujourd'hui sont censés être capables d'effectuer la tâche d'échantillonnage aléatoire. Intuitivement, c'est parce que les dispositifs quantiques peuvent préparer un état dans la superposition correcte de tous les éléments d'un ensemble, tandis que les appareils classiques doivent accéder aux nombreuses probabilités exponentielles une par une.

    L'une des limitations de tous les dispositifs physiques (quantiques ou classiques) est qu'ils ne sont capables que d'un échantillonnage approximatif. Donc, afin de démontrer la suprématie quantique, les chercheurs doivent montrer que l'échantillonnage approximatif d'un dispositif quantique est suffisamment proche de l'échantillonnage idéal pour qu'il soit toujours insoluble pour les ordinateurs classiques.

    Toutes les preuves actuelles de ce concept, qui est appelée dureté d'échantillonnage approximative, utiliser de petits instants secondes. Dans la tâche d'échantillonnage aléatoire, une distribution est choisie au hasard. Essentiellement, Les petits moments secondaires signifient que la distribution choisie au hasard se concentre autour de la distribution uniforme et est donc très plate.

    Dans le nouveau journal, les chercheurs montrent que les petites secondes interdisent également une certification efficace à partir des seuls échantillons. C'est-à-dire, les distributions d'échantillonnage avec de petits moments secondes ne peuvent pas être certifiées avec un nombre polynomial d'échantillons, mais nécessitent à la place un nombre exponentiel d'échantillons. Cela rend la certification inefficace et irréaliste à effectuer dans un laps de temps raisonnable.

    Les résultats sont valables pour une variété de plans d'échantillonnage largement utilisés, y compris l'échantillonnage de bosons et l'échantillonnage de circuit aléatoire universel, entre autres. Cependant, les résultats ne signifient pas qu'une certification efficace est nécessairement impossible par quelque méthode que ce soit. Les chercheurs espèrent que, au lieu, les résultats motiveront le développement de systèmes de certification alternatifs, ainsi que des preuves de dureté d'échantillonnage approximative qui s'appliquent aux distributions avec des moments seconds plus grands.

    « Notre travail indique où chercher des programmes de certification réalisables, " dit Hangleiter. " En particulier, il est souvent judicieux d'utiliser des connaissances spécifiques à l'appareil pour tirer parti de la certification. Une direction de recherche consiste à développer des schémas de certification spécifiques aux dispositifs à la fois pour les schémas d'échantillonnage quantique, mais en pensant plus loin, également pour des tâches plus élaborées pouvant être effectuées sur des ordinateurs quantiques.

    « Les schémas d'échantillonnage quantique sont des propositions de suprématie quantique très « propres » dans le sens où ils permettent un argument de dureté théorique de la complexité. En même temps, ils n'ont pas (encore) de vraies applications. Un deuxième axe de recherche consiste à développer des schémas réalisables sur des dispositifs à court terme et pourtant difficiles, qui résolvent également une tâche utile, ainsi que de trouver des applications pour les schémas d'échantillonnage connus."

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