क्या ग्रोवर और शोर के बाद से क्वांटम एल्गोरिदम में अग्रिम रूप से कोई आधार है?


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(कुछ हद तक शौकिया सवाल के लिए क्षमा करें)

मैंने 2004 से 2007 तक क्वांटम कंप्यूटिंग का अध्ययन किया, लेकिन मैंने तब से क्षेत्र का ट्रैक खो दिया है। उस समय शास्त्रीय कंप्यूटरों को बेहतर बनाने से QC के संभावित रूप से सभी प्रकार की समस्याओं को हल करने की बात चल रही थी, लेकिन व्यवहार में वास्तव में केवल दो सैद्धांतिक सफलताएं थीं:

  • शोर का एल्गोरिथ्म, जो महत्वपूर्ण गति दिखाता था, लेकिन जिसमें सीमित प्रयोज्यता थी, और पूर्णांक कारक के बाहर वास्तव में उपयोगी नहीं थी।
  • ग्रोवर का एल्गोरिथ्म, जो समस्याओं की एक व्यापक श्रेणी पर लागू होता था (क्योंकि इसका उपयोग एनपी-पूर्ण समस्याओं को हल करने के लिए किया जा सकता था), लेकिन जो केवल शास्त्रीय कंप्यूटरों की तुलना में बहुपद गति को दर्शाता था।

क्वांटम एनीलिंग पर भी चर्चा की गई थी, लेकिन यह स्पष्ट नहीं था कि यह वास्तव में शास्त्रीय नकली एनालिंग से बेहतर था या नहीं। क्यूसी पर आधारित मापन और क्यूसी का ग्राफ राज्य प्रतिनिधित्व भी गर्म विषय थे, लेकिन उस मोर्चे पर कुछ भी निश्चित साबित नहीं हुआ था।

तब से क्वांटम एल्गोरिदम के क्षेत्र में कोई प्रगति हुई है? विशेष रूप से:

  • क्या ग्रोवर और शोर के अलावा कोई सच में जमीन तोड़ने वाले एल्गोरिदम हैं?
  • क्या पी, बीपीपी और एनपी को बीक्यूपी के संबंधों को परिभाषित करने में कोई प्रगति हुई है?
  • क्या हमने क्वांटम की प्रकृति को समझने में कोई प्रगति की है, यह कहने के अलावा कि "यह उलझाव के कारण होना चाहिए"?

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यह अच्छा सवाल है, एलेक्स। यह निश्चित रूप से शौकिया नहीं है।
जॉन डफिल्ड

जवाबों:


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क्या ग्रोवर और शोर के अलावा कोई सही मायने में ग्राउंड ब्रेकिंग एल्गोरिदम है?

यह इस बात पर निर्भर करता है कि "सही मायने में ग्राउंड ब्रेकिंग" से आपका क्या मतलब है। ग्रोवर और शोर के विशेष रूप से अद्वितीय हैं क्योंकि वे वास्तव में पहले उदाहरण थे जो क्वांटम कंप्यूटर (जैसे शोर के लिए प्रकल्पित घातीय सुधार) के साथ विशेष रूप से मूल्यवान प्रकार की गति दिखाते थे और उनके पास विशिष्ट समुदायों के लिए हत्यारा अनुप्रयोग थे।

कुछ क्वांटम एल्गोरिदम हैं जो तब से डिज़ाइन किए गए हैं, और मुझे लगता है कि तीन विशेष रूप से उल्लेख के योग्य हैं:

  • विशेष बिंदुओं पर जोन्स बहुपद का मूल्यांकन करने के लिए बीक्यूपी-पूर्ण एल्गोरिथ्म । मैं इसका उल्लेख करता हूं क्योंकि, हैमिल्टनियन सिमुलेशन जैसी अधिक स्पष्ट चीजों से अलग, मेरा मानना ​​है कि यह पहला बीक्यूपी-पूर्ण एल्गोरिथ्म था, इसलिए यह वास्तव में एक क्वांटम कंप्यूटर की पूरी शक्ति दिखाता है।

  • HHL एल्गोरिथ्म रेखीय समीकरण को हल करने के लिए। यह थोड़ा मज़ेदार है क्योंकि यह क्वांटम सबरूटीन की तरह है, क्वांटम इनपुट्स और आउटपुट के साथ। हालांकि, यह बीक्यूपी-पूर्ण भी है और मशीन सीखने और इस तरह के संभावित अनुप्रयोगों के कारण, इस समय इसे बहुत अधिक ध्यान मिल रहा है। मुझे लगता है कि यह वास्तव में जमीन तोड़ने के लिए सबसे अच्छा उम्मीदवार है, लेकिन यह राय का विषय है।

  • क्वांटम रसायन । मैं इनके बारे में बहुत कम जानता हूं, लेकिन जब आप उल्लेख करते हैं, तब से एल्गोरिदम काफी हद तक विकसित हो चुका है, और इसे हमेशा क्वांटम कंप्यूटर के उपयोगी अनुप्रयोगों में से एक के रूप में उद्धृत किया गया है।

क्या पी, बीपीपी और एनपी को बीक्यूपी के संबंधों को परिभाषित करने में कोई प्रगति हुई है?

अनिवार्य रूप से, नहीं। हम जानते हैं कि बीक्यूपी में बीपीपी होता है, और हम बीक्यूपी और एनपी के बीच संबंध नहीं जानते हैं।

क्या हमने क्वांटम की प्रकृति को समझने में कोई प्रगति की है, यह कहने के अलावा कि "यह उलझाव के कारण होना चाहिए"?

यहां तक ​​कि जब आप इसे मूल रूप से पढ़ रहे थे, तो मैं कहूंगा कि यह उससे अधिक सटीक रूप से परिभाषित था। यूनिवर्सल गेट सेट्स (संभवतः घातीय गति-अप देने में सक्षम) और क्लासिकल सिमुलिंग गेट सेट्स के बीच (और थे) अच्छी तुलनाएं हैं। उदाहरण के लिए, याद रखें कि क्लिफर्ड द्वार उलझाव पैदा करते हैं लेकिन शास्त्रीय रूप से अनुकरणीय हैं। ऐसा नहीं है कि यह स्पष्ट रूप से स्पष्ट करने के लिए है कि अधिक शैक्षणिक तरीके से क्या आवश्यक है।

शायद जहां कुछ प्रगति की गई है वह संगणना के अन्य मॉडलों के संदर्भ में है। उदाहरण के लिए, मॉडल DQC1 को बेहतर ढंग से समझा जाता है - यह एक ऐसा मॉडल है जो शास्त्रीय एल्गोरिदम पर कुछ गति-अप करता दिखाई देता है, लेकिन BQP- पूर्ण गणना में सक्षम होने की संभावना नहीं है (लेकिन इससे पहले कि आप प्रचार में आ जाएं, आप ऑनलाइन हो सकते हैं , वहाँ है परिकलन के दौरान उलझाव से अब तक)।

दूसरी ओर, "यह उलझाव के कारण है" इस प्रकार का बयान अभी भी पूरी तरह से हल नहीं हुआ है। हां, शुद्ध राज्य क्वांटम गणना के लिए, कुछ उलझाव होना चाहिए क्योंकि अन्यथा प्रणाली को अनुकरण करना आसान है, लेकिन मिश्रित वियोज्य राज्यों के लिए, हम नहीं जानते कि क्या उनका उपयोग कम्प्यूटेशन के लिए किया जा सकता है, या यदि वे कुशलता से सिम्युलेटेड हो सकते हैं।

इसके अलावा, कोई अधिक व्यावहारिक सवाल पूछने की कोशिश कर सकता है: क्या हमने यह समझने में कोई प्रगति की है कि कौन सी समस्याएं क्वांटम स्पीड-अप के लिए उत्तरदायी होंगी? यह सब कुछ अलग है क्योंकि अगर आपको लगता है कि एक क्वांटम कंप्यूटर आपको नए लॉजिक गेट देता है जो कि एक क्लासिकल कंप्यूटर के पास नहीं है, तो यह स्पष्ट है कि स्पीड-अप प्राप्त करने के लिए, आपको उन नए गेट्स का उपयोग करना होगा। हालांकि, यह स्पष्ट नहीं है कि हर समस्या इस तरह के लाभों के लिए उत्तरदायी है। कौन से हैं? समस्या की कक्षाएं हैं जहां कोई गति की उम्मीद कर सकता है, लेकिन मुझे लगता है कि अभी भी व्यक्तिगत अंतर्ज्ञान पर निर्भर करता है। यह संभवत: अभी भी शास्त्रीय एल्गोरिदम के बारे में कहा जा सकता है। आपने एक एल्गोरिथ्म x लिखा है। क्या एक बेहतर शास्त्रीय संस्करण है? शायद नहीं, या हो सकता है कि आप इसे नहीं खोल रहे हों। इसलिए हम नहीं जानते कि क्या पी = एनपी।


लेकिन मिश्रित वियोज्य राज्यों के लिए, हम नहीं जानते कि क्या उनका उपयोग अभिकलन के लिए किया जा सकता है, या यदि उन्हें कुशलता से सिम्युलेटेड किया जा सकता है : तो आपका यहाँ क्या मतलब है? यदि राज्य अलग-अलग रहते हैं, तो उन्हें कुशलता से अनुकरण क्यों नहीं किया जा सकता है? क्या यह उन शुद्ध वियोज्य राज्यों का अनुकरण करने की राशि नहीं है, जिनका मिश्रण राज्य देता है? यदि वे अलग नहीं रहते हैं, तो हम उस मामले में वापस जाते हैं जिसमें उलझाव शामिल है।
glS

@glS सवाल यह है कि मिश्रित राज्य का वर्णन करने के लिए आपको कितने शुद्ध राज्यों की आवश्यकता है। यदि यह एक छोटी संख्या है, तो आपका तर्क काम करता है, लेकिन अगर यह एक बड़ी संख्या है तो क्या होगा?
दफ्तुल्ली

मुझे लगा कि एक मनमाना वियोज्य राज्य को विघटित करने के लिए आवश्यक विभिन्न शुद्ध राज्यों की संख्या पर एक सीमा लगाई जा सकती है? देखें physics.stackexchange.com/a/401770/58382
GLS

nn

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केरेनीडिस-प्रकाश एल्गोरिथ्म भूस्खलन कर रहा था , जब तक कि ईविन टंग ने मैदान को वापस तय नहीं किया:

क्वांटा मैगज़ीन: मेजर क्वांटम कम्प्यूटिंग एडवांस मेड इनडायरेक्ट बाय टीनएजर


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Ewin ने अपने ब्लॉग पर एल्गोरिथम का एक अच्छा सारांश प्रदान किया है: क्वांटम से प्रेरित शास्त्रीय नमूने का अवलोकन , जो कि Microsoft अनुसंधान (नवंबर 2018) में एक बात पर आधारित है।
संचयन दत्ता
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