क्यों एक क्वांटम कंप्यूटर कुछ मायनों में एक nondeterministic Turing मशीन की तुलना में अधिक शक्तिशाली है?


26

क्वांटम कंप्यूटिंग का मानक लोकप्रिय-समाचार खाता यह है कि एक क्वांटम कंप्यूटर (QC) अलग-अलग ब्रह्मांडों में स्वयं की कई गैर-समानांतर समानांतर प्रतियों में विभाजित होकर काम करेगा और प्रत्येक एक अलग प्रमाण पत्र को सत्यापित करने का प्रयास करेगा, फिर गणना के अंत में एक एकल प्रति जिसे एक वैध प्रमाण पत्र मिला, वह "समाधान" की घोषणा करता है और दूसरी शाखाएँ जादुई रूप से गायब हो जाती हैं।

जो लोग सैद्धांतिक क्वांटम गणना के बारे में कुछ भी जानते हैं, वे जानते हैं कि यह कहानी पूर्ण बकवास है, और यह कि ऊपर वर्णित अधिक मोटा विचार एक क्वांटम कंप्यूटर की तुलना में एक nondeterministic Turing machine (NTM) से मेल खाता है । इसके अलावा, NTMs द्वारा कुशलतापूर्वक हल की जाने वाली समस्याओं का संकलन वर्ग NP है और QCs द्वारा BQP है , और इन वर्गों को समान नहीं माना जाता है।

लोकप्रिय प्रस्तुति को सही करने की कोशिश कर रहे लोग इंगित करते हैं कि सरलीकृत "कई-दुनिया" कथा क्यूसी की शक्ति को काफी हद तक खत्म कर देती है, जिन्हें एनपी- अपूर्ण समस्याओं को हल करने (कहने) में सक्षम नहीं माना जाता है। वे माप प्रक्रिया की गलत व्याख्या पर ध्यान केंद्रित करते हैं: क्वांटम यांत्रिकी में, जो परिणाम आप मापते हैं वह बॉर्न नियम द्वारा निर्धारित किया जाता है, और ज्यादातर स्थितियों में एक गलत उत्तर को मापने की संभावना पूरी तरह से सही को मापने की संभावना को निगल जाती है। (और कुछ मामलों में, जैसे ब्लैक-बॉक्स खोज, हम यह साबित कर सकते हैं कि कोई भी चतुर क्वांटम सर्किट बॉर्न नियम को हरा नहीं सकता है और एक घातीय गति प्रदान करता है।) यदि हम कर सकते हैं।जादुई रूप से "क्या मापना है" तय करें, फिर हम जटिलता वर्ग PostBQP में सभी समस्याओं को कुशलतापूर्वक हल करने में सक्षम होंगे , जो माना जाता है कि BQP की तुलना में बहुत बड़ी है ।

लेकिन मैं किसी को भी स्पष्ट रूप से कहना है कि वहाँ कभी नहीं देखा है एक और जिस तरह लोकप्रिय लक्षण वर्णन गलत है, जो दूसरी दिशा में चला जाता है। माना जाता है कि BQP NP का एक सख्त उपसमूह नहीं है , बल्कि इसके लिए अतुलनीय है। फूरियर की जाँच जैसी समस्याएं मौजूद हैं, जो माना जाता है कि न केवल एनपी के बाहर झूठ बोलती है , बल्कि वास्तव में पूरे बहुपद पदानुक्रम पीएच के बाहर है । तो इन जैसी समस्याओं के संबंध में, क्यूसी की शक्ति को खत्म करने के बजाय राज्यों के तहत लोकप्रिय कथा वास्तव में है।

मेरा अनुभवहीन अंतर्ज्ञान यह है कि अगर हम "क्या मापना चाहते हैं" चुन सकते हैं, तो लोकप्रिय कथा कम या ज्यादा सही होगी, जिसका अर्थ यह होगा कि ये सुपर-क्वांटम-कंप्यूटर कुशलतापूर्वक कक्षा एनपी को हल करने में सक्षम होंगे । लेकिन हम मानते हैं कि यह गलत है; वास्तव में पोस्टबीक्यूपी = पीपी , जिसे हम एनपी के एक सख्त सुपरसेट मानते हैं ।

क्या उन दृश्यों के पीछे कोई अंतर्ज्ञान है जो एक क्वांटम कंप्यूटर को (कुछ मामलों में) एक नॉनडेटर्मिनिस्टिक ट्यूरिंग मशीन की तुलना में अधिक शक्तिशाली होने की अनुमति देता है? संभवतः यह "स्वाभाविक रूप से क्वांटम" शक्ति है, जब पोस्टसेलेक्शन (जो एक अर्थ में NTMs पहले से ही है) के साथ संयुक्त है जो एक सुपर-क्यूसी को NTM की तुलना में बहुत अधिक शक्तिशाली बनाता है। (ध्यान दें कि मैं कुछ ऐसे अंतर्ज्ञान की तलाश कर रहा हूं जो सीधे एनटीएम और क्यूसी को पोस्टक्लेक्शन के साथ विपरीत करता है, बिना शास्त्रीय जटिलता वर्ग पीपी के माध्यम से "गुजर" ।

जवाबों:


14

छद्म-संस्थापक दृष्टिकोण से, BQP एक अलग शक्तिशाली (वाक्यांश को गढ़ने के लिए) एनपी की तुलना में वर्ग है , क्वांटम कंप्यूटर को विनाशकारी हस्तक्षेप का उपयोग करने के रूप में माना जा सकता है।

कई विभिन्न जटिलता वर्गों को एक एनटीएम की शाखाओं को स्वीकार करने की संख्या (अधिक या कम जटिल गुणों) के रूप में वर्णित किया जा सकता है। एनटीएम को 'सामान्य रूप' में देखते हुए, इसका अर्थ है कि कम्प्यूटेशनल शाखाओं का सेट एक पूर्ण द्विआधारी पेड़ (या इसके समान) कुछ बहुपद गहराई का है, हम निम्नलिखित भेद करके परिभाषित की गई भाषाओं की वर्गों पर विचार कर सकते हैं:

  • क्या शाखाओं को स्वीकार करने की संख्या शून्य या गैर-शून्य है? ( एनपी का एक लक्षण वर्णन ।)
  • क्या शाखाओं को स्वीकार करने की संख्या अधिकतम से कम है, या अधिकतम के बराबर है? ( CoNP का एक लक्षण वर्णन )
  • क्या कुल एक तिहाई या अधिकतम दो-तिहाई शाखाओं को स्वीकार करने की संख्या है? ( बीपीपी का लक्षण वर्णन ।)
  • क्या शाखाओं को स्वीकार करने की संख्या कुल संख्या के एक-आधे या कम से कम एक-आधे से कम है? ( पीपी का एक लक्षण वर्णन ।)
  • क्या शाखाओं को स्वीकार करने की संख्या कुल आधी या बिलकुल आधी के बराबर है? ( सी = पी नामक एक वर्ग का लक्षण वर्णन ।)

इन्हें गिनती की कक्षाएं कहा जाता है , क्योंकि प्रभाव में वे शाखाओं को स्वीकार करने की गिनती के संदर्भ में परिभाषित होती हैं।

एक NTM की शाखाओं को बेतरतीब ढंग से उत्पन्न करने के रूप में व्याख्या करते हुए, वे स्वीकृति की संभावना के बारे में प्रश्न हैं (भले ही ये गुण किसी भी सांख्यिकीय आत्मविश्वास के साथ कुशलतापूर्वक परीक्षण योग्य नहीं हैं)। जटिलता वर्गों का वर्णन करने के लिए एक अलग दृष्टिकोण इसके बजाय शाखाओं को स्वीकार करने की संख्या और एक एनटीएम की शाखाओं को अस्वीकार करने की संख्या के बीच के अंतर पर विचार करना है । यदि NTM कम्प्यूटेशनल शाखाओं के संचयन की गणना संभावनाओं से मेल खाती है, तो कोई सुझाव दे सकता है कि शाखाओं को अस्वीकार करने के खिलाफ शाखाओं को स्वीकार करना रद्द कर सकता है क्वांटम कम्प्यूटेशन में कम्प्यूटेशनल 'रास्तों' (जैसा कि सम-ओवर-पाथ्स में है) - यानी, मॉडलिंग विनाशकारी हस्तक्षेप के रूप में ।

BQP के लिए सबसे अच्छा ज्ञात ऊपरी सीमा , अर्थात् AWPP और PP , इस तरह से 'स्वीकृति अंतराल' के संदर्भ में आसानी से निश्चित हैं। वर्ग एनपी , हालांकि, इस तरह के एक स्पष्ट लक्षण वर्णन नहीं है। इसके अलावा, कई वर्ग जो स्वीकृति अंतराल के संदर्भ में परिभाषाओं से प्राप्त करते हैं, वे एनपी की तुलना में अधिक शक्तिशाली प्रतीत होते हैं । कोई यह इंगित करने के लिए ले सकता है कि 'नोंडेटेर्मिनिस्टिक डिस्ट्रक्टिव इंटरफेरेंस' एक अनिवार्य अधिक शक्तिशाली कम्प्यूटेशनल संसाधन है, जो केवल नंदेटेरिनिज़्म है; इतना है कि भले ही क्वांटम कंप्यूटर इस कम्प्यूटेशनल संसाधन का पूरा फायदा नहीं उठाते हैं, फिर भी यह एनपी जैसी कक्षाओं में आसान नियंत्रण का विरोध कर सकता है ।


क्या P और PSPACE की गिनती कक्षाएं हैं? स्वाभाविक रूप से ऐसा लगता है कि पी के लिए हाँ , क्योंकि इसे समस्याओं के सेट के रूप में परिभाषित किया जा सकता है जैसे कि हर रास्ता स्वीकार करता है, लेकिन मैं PSPACE के लिए निश्चित नहीं हूं ।
tparker

1
PSPACE एक गिनती वर्ग नहीं है, नहीं। आप P के साथ सही रास्ते पर हैं --- आपको इसकी आवश्यकता होनी चाहिए कि या तो हर मार्ग स्वीकार करता है या प्रत्येक pah अस्वीकार करता है (या इसी तरह की मजबूत आवश्यकता), या फिर आप coNP , coRP , या कुछ अन्य वर्ग के साथ समाप्त हो सकते हैं जो ज्ञात नहीं हैं बराबर पी
निएल डी ब्यूड्रैप

संभवत: PH एक गिनती वर्ग भी नहीं है, क्योंकि यह स्वाभाविक रूप से नॉनडेटर्मिनिस्टिक ट्यूरिंग मशीन के बजाय एक प्रत्यावर्तन के रूप में तैयार है?
tparker

बीपीपीपीपीएनपीबीपीपीएनपीपीपी

1
बीपीपीएनपीबीपीपीएनपीएनपीसीएनपीएनपी

-1

कंप्यूटर विज्ञान पर यह प्रश्न पूछे जाने पर यह उत्तर 'माइग्रेट' किया गया था (लेखक वही है)


खैर, एक मुख्य कारण यह है कि कोई भी क्वांटम एल्गोरिदम नहीं हैं जो बहुपद समय में एनपी-कठिन समस्याओं को हल करते हैं।

एक और बात यह है कि एडियाबेटिक क्वांटम एनीलिंग (जैसा कि डावेव में है) केवल शास्त्रीय क्वांटम एनीलिंग को मुश्किल से हरा सकता है।

===

=


फूरियर की जांच जैसी समस्याएं मौजूद हैं, जो माना जाता है कि न केवल एनपी के बाहर झूठ है, बल्कि वास्तव में पूरे बहुपद पदानुक्रम के बाहर है। तो इस तरह की समस्याओं के संबंध में, लोकप्रिय कथा वास्तव में QCs की शक्ति को खत्म करने के बजाय समझती है।

हे(n)हे(n)

हमारी साइट का प्रयोग करके, आप स्वीकार करते हैं कि आपने हमारी Cookie Policy और निजता नीति को पढ़ और समझा लिया है।
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.