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量子光学的物理极限,解决了计算复杂性的谜题!

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线性光学是演示量子物理学的最佳例子之一。它在室温下工作,可以用相对简单的设备观察。线性光学涉及保持光子总数的物理过程。理想情况下,如果开始时有100个光子,无论物理过程有多复杂,都只剩下100个光子。

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光子是玻色子的非相互作用粒子。然而,它们仍然可以相互干扰并表现出非平凡的量子效应。一个典型的例子是Red Aumandel实验,其中两个相同的光子被发送到实验装置。

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在简单的线性变换之后,两个光子似乎粘在一起并且不愿意分离。除了提供量子力学的基础知识外,线性光学的研究也带来了许多科学应用。近年来,线性光学系统的独特特性也促进了计算复杂性理论的发展。麻省理工学院(MIT)教授斯科特阿伦森(目前在德克萨斯大学奥斯汀分校)提出了一种线性光学方法来展示量子(计算))这一优势是基于玻色子子采样的概念。

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(Boco Park - 图示)上限过渡幅度线性光学,初始状态和最终状态是Fokker状态的乘积,矩阵U表示线性光学中任何可实现的单一变换。照片:科学中国出版社

更具体地说,Aaronson建议,对于一类基于线性光学系统的采样问题,不可能在实际应用中使用任何经典计算机进行模拟。这个想法立即引发了“量子霸权”地位的竞争。世界各地的许多量子光学实验室都对开发玻色子采样系统产生兴趣,以打破光子计数的记录。另一方面,计算机科学家正在忙着应用超级计算机来提高实现量子霸权的门槛。然而,就实际问题而言,应用玻色子子采样模型不是一个好方法。

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除了采样问题,研究人员是否可以使用线性光学来获得量子霸权来解决有/无答案的决策问题?南方科技大学副教授荣文宏教授和他的同事在《国家科学评论》上发表了题为《线性光学中采样玻色子的普遍界及其计算意义》的论文,为Alonson提出的开放性问题提供了一个完整的解决方案。具体来说,Yung团队发现了线性光学系统转换概率的基本限制,限制了使用线性光学系统转移玻色子的能力。利用量子光学工具,研究团队开发了一种经典算法,可以有效地估计有界误差的转变幅度。

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估计玻色子幅度复杂度水平与经典计算和量子计算之间的关系。结果表明,用多项式加性误差计算玻色子振幅是BPP内部的一个问题。照片:科学中国出版社

因此,这些结果导致了对Alonson公开问题的否定回答。换句话说,对于难以编码的决策问题,有必要使用比线性光学更复杂的量子光学系统。作为量子物理学和计算机科学的交汇点,量子信息科学仍然是一个非常活跃的研究领域。一方面,研究成果为量子光学的理论基础做出了贡献;另一方面,除了玻色子子采样之外,这些结果为量子光学计算复杂性提供了新的视角。毫无疑问,在未来,我们应该期待在这一领域看到更多令人兴奋的成果。

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博科公园

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2019.07.24 17: 33

字数954

线性光学是演示量子物理学的最佳例子之一。它在室温下工作,可以用相对简单的设备观察。线性光学涉及保持光子总数的物理过程。理想情况下,如果开始时有100个光子,无论物理过程有多复杂,都只剩下100个光子。

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光子是玻色子的非相互作用粒子。然而,它们仍然可以相互干扰并表现出非平凡的量子效应。一个典型的例子是Red Aumandel实验,其中两个相同的光子被发送到实验装置。

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在简单的线性变换之后,两个光子似乎粘在一起并且不愿意分离。除了提供量子力学的基础知识外,线性光学的研究也带来了许多科学应用。近年来,线性光学系统的独特特性也促进了计算复杂性理论的发展。麻省理工学院(MIT)教授斯科特阿伦森(目前在德克萨斯大学奥斯汀分校)提出了一种线性光学方法来展示量子(计算))这一优势是基于玻色子子采样的概念。

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(Boco Park - 图示)上限过渡幅度线性光学,初始状态和最终状态是Fokker状态的乘积,矩阵U表示线性光学中任何可实现的单一变换。照片:科学中国出版社

更具体地说,Aaronson建议,对于一类基于线性光学系统的采样问题,不可能在实际应用中使用任何经典计算机进行模拟。这个想法立即引发了“量子霸权”地位的竞争。世界各地的许多量子光学实验室都对开发玻色子采样系统产生兴趣,以打破光子计数的记录。另一方面,计算机科学家正在忙着应用超级计算机来提高实现量子霸权的门槛。然而,就实际问题而言,应用玻色子子采样模型不是一个好方法。

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除了采样问题,研究人员是否可以使用线性光学来获得量子霸权来解决有/无答案的决策问题?南方科技大学副教授荣文宏教授和他的同事在《国家科学评论》上发表了题为《线性光学中采样玻色子的普遍界及其计算意义》的论文,为Alonson提出的开放性问题提供了一个完整的解决方案。具体来说,Yung团队发现了线性光学系统转换概率的基本限制,限制了使用线性光学系统转移玻色子的能力。利用量子光学工具,研究团队开发了一种经典算法,可以有效地估计有界误差的转变幅度。

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估计玻色子幅度复杂度水平与经典计算和量子计算之间的关系。结果表明,用多项式加性误差计算玻色子振幅是BPP内部的一个问题。照片:科学中国出版社

因此,这些结果导致了对Alonson公开问题的否定回答。换句话说,对于难以编码的决策问题,有必要使用比线性光学更复杂的量子光学系统。作为量子物理学和计算机科学的交汇点,量子信息科学仍然是一个非常活跃的研究领域。一方面,研究成果为量子光学的理论基础做出了贡献;另一方面,除了玻色子子采样之外,这些结果为量子光学计算复杂性提供了新的视角。毫无疑问,在未来,我们应该期待在这一领域看到更多令人兴奋的成果。

线性光学是演示量子物理学的最佳例子之一。它在室温下工作,可以用相对简单的设备观察。线性光学涉及保持光子总数的物理过程。理想情况下,如果开始时有100个光子,无论物理过程有多复杂,都只剩下100个光子。

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光子是玻色子的非相互作用粒子。然而,它们仍然可以相互干扰并表现出非平凡的量子效应。一个典型的例子是Red Aumandel实验,其中两个相同的光子被发送到实验装置。

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在简单的线性变换之后,两个光子似乎粘在一起并且不愿意分离。除了提供量子力学的基础知识外,线性光学的研究也带来了许多科学应用。近年来,线性光学系统的独特特性也促进了计算复杂性理论的发展。麻省理工学院(MIT)教授斯科特阿伦森(目前在德克萨斯大学奥斯汀分校)提出了一种线性光学方法来展示量子(计算))这一优势是基于玻色子子采样的概念。

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(Boco Park - 图示)上限过渡幅度线性光学,初始状态和最终状态是Fokker状态的乘积,矩阵U表示线性光学中任何可实现的单一变换。照片:科学中国出版社

更具体地说,Aaronson建议,对于一类基于线性光学系统的采样问题,不可能在实际应用中使用任何经典计算机进行模拟。这个想法立即引发了“量子霸权”地位的竞争。世界各地的许多量子光学实验室都对开发玻色子采样系统产生兴趣,以打破光子计数的记录。另一方面,计算机科学家正在忙着应用超级计算机来提高实现量子霸权的门槛。然而,就实际问题而言,应用玻色子子采样模型不是一个好方法。

3001953-e6a19c41d3e97585

除了采样问题,研究人员是否可以使用线性光学来获得量子霸权来解决有/无答案的决策问题?南方科技大学副教授荣文宏教授和他的同事在《国家科学评论》上发表了题为《线性光学中采样玻色子的普遍界及其计算意义》的论文,为Alonson提出的开放性问题提供了一个完整的解决方案。具体来说,Yung团队发现了线性光学系统转换概率的基本限制,限制了使用线性光学系统转移玻色子的能力。利用量子光学工具,研究团队开发了一种经典算法,可以有效地估计有界误差的转变幅度。

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估计玻色子幅度复杂度水平与经典计算和量子计算之间的关系。结果表明,用多项式加性误差计算玻色子振幅是BPP内部的一个问题。照片:科学中国出版社

因此,这些结果导致了对Alonson公开问题的否定回答。换句话说,对于难以编码的决策问题,有必要使用比线性光学更复杂的量子光学系统。作为量子物理学和计算机科学的交汇点,量子信息科学仍然是一个非常活跃的研究领域。一方面,研究成果为量子光学的理论基础做出了贡献;另一方面,除了玻色子子采样之外,这些结果为量子光学计算复杂性提供了新的视角。毫无疑问,在未来,我们应该期待在这一领域看到更多令人兴奋的成果。