Tại sao chính xác các nhà lý thuyết phức tạp quan tâm đến các đường cong thời gian đóng?


9

Bối cảnh :

một số bài nghiên cứu về ý nghĩa của các đường cong thời gian đóng (CTC) đối với độ phức tạp lượng tử. Năm 2008, Aaronson và Watrous đã xuất bản bài báo nổi tiếng của họ về chủ đề này cho thấy rằng một số hình thức du hành thời gian nhất định có thể làm cho máy tính lượng tử và lượng tử tương đương, tức là máy tính lượng tử không cung cấp lợi thế tính toán nếu chúng có thể gửi thông tin về quá khứ thông qua các đường cong thời gian đóng.

Câu hỏi :

  • Tóm tắt rõ ràng nói rằng các đường cong thời gian đóng không được biết là tồn tại. Vậy tại sao chính xác các nhà lý thuyết phức tạp quan tâm đến chủ đề này? Liệu nghiên cứu về CTC cung cấp một số cái nhìn sâu sắc không tầm thường về các nguyên tắc cơ bản của lý thuyết phức tạp?

  • Có bất kỳ dòng thế giới khác được nghiên cứu phổ biến trong bối cảnh của lý thuyết phức tạp? Nếu đúng thì tại sao? Nếu không, tại sao không (và sau đó có gì đặc biệt về CTC)?

Tôi chưa thực sự xoay quanh để làm việc thông qua các bài báo của CTC, nhưng tôi đang cố gắng để có ý tưởng về "bức tranh lớn" ở đây, để hiểu được động lực đằng sau việc nghiên cứu chủ đề này.


Lưu ý : Trước đây tôi đã hỏi về điều này trên Máy tính lượng tử SE, trong bối cảnh lý thuyết thông tin lượng tử, nhưng ở đây tôi đặc biệt cố gắng xem nó qua lăng kính của một nhà lý thuyết phức tạp hoặc nhà khoa học máy tính.


4
Đây là (một phần của) một bài giảng về nó từ chính Scott Aaronson , có tựa đề "Hiện tượng tính toán trong Vật lý" từ hội thảo nhỏ Lens of Computing on the Science .
Yonatan N

1
Mọi cấu trúc kỹ thuật bắt đầu bằng các thí nghiệm vật lý, đến lượt nó, bắt đầu bằng các thí nghiệm tư duy ... Ngoài ra còn có một bài giảng tương đối mới về chủ đề này của Aaronson tại đây: youtube.com/watch?v=Ha4eG8gLSK4
Avi Tal

3
Tại sao? Bởi vì thật vui khi chơi với du hành thời gian!
Frédéric Grosshans

Câu trả lời:


8

Tôi nghĩ rằng câu hỏi lớn ở đây là "Sự phức tạp / sức mạnh của các thuật toán trông như thế nào trong vũ trụ của chúng ta?" Nếu chúng ta bỏ qua thuyết tương đối và QM, thì máy Turing vanilla đơn giản là một mô hình khá. Nhưng thuyết tương đối và QM là những lý thuyết vật lý tốt nhất hiện nay của chúng ta để giải thích vũ trụ, vì vậy câu hỏi đặt ra là liệu việc sử dụng hiệu ứng tương đối hay lượng tử có làm thay đổi cục diện phức tạp hay không.

Trong trường hợp của QM, điều này cũng được thúc đẩy bởi tiềm năng cho kỹ thuật chế tạo máy tính lượng tử. Trong trường hợp của CTC, mặc dù chúng không tồn tại, nhưng sự hiểu biết của tôi là chúng được cho phép theo thuyết tương đối. Vì vậy, câu hỏi là: nếu chúng tồn tại và chúng ta có thể tận dụng lợi thế của chúng, thì máy tính có thể làm gì khác / sự phức tạp thay đổi như thế nào? (Tương tự với QM, chúng ta chỉ gần với các máy tính lượng tử hiện có.)

Cuối cùng, một chút về sở thích cá nhân; Mặc dù điều này là chủ quan, bản thân câu hỏi ít nhất là một chút về hương vị chủ quan, vì vậy tôi hy vọng điều này là phù hợp. Tôi thực sự muốn (một cách thân thiện) không đồng ý với usul một chút ở đây. Tôi không nghĩ rằng tất cả các tài nguyên nhất thiết phải thú vị đối với (hầu hết) các nhà lý thuyết phức tạp. Ví dụ, trên máy Turing, người ta có thể coi đảo ngược đầu là tài nguyên (đầu băng thay đổi hướng bao nhiêu lần trong khi tính toán?). Người ta thậm chí có thể chỉ ra đây là một thước đo độ phức tạp của Blum, với các định lý khoảng cách, tăng tốc và phân cấp tương tự như thời gian hoặc không gian. Tôi đã xem đây là một bài tập thú vị trong các khóa học đại học, nhưng chưa thấy nhiều nghiên cứu về nó. Tại sao? Có lẽ bạn bởi vì nó cảm thấy phụ thuộc vào mô hình nhiều hơn và ít liên quan đến những thứ khác mà mọi người quan tâm về sự phức tạp của các thuật toán. Tương tự, mọi người nghiên cứu tính toán siêu (một TM có thể làm gì với vô số bước); Mặc dù chắc chắn có nhiều nghiên cứu hơn về vấn đề này, tôi nghĩ rằng nó ít được thúc đẩy từ thực tế vật lý ... Quan điểm của tôi ở đây là không làm sai bất kỳ hướng nghiên cứu cụ thể nào (thực tế, tôi nghĩ rằng chúng có phần thú vị), nhưng nhiều hơn là tôi không Các nhà lý thuyết phức tạp nhất thiết phải quan tâm đến CTC "theo định nghĩa", nhưng có những cân nhắc bổ sung dẫn đến việc họ trở nên thú vị với nhiều người. (Và, tất nhiên, có lẽ không phải tất cả các nhà lý thuyết phức tạp đều thấy chúng thú vị!) Mặc dù chắc chắn có nhiều nghiên cứu hơn về vấn đề này, tôi nghĩ rằng nó ít được thúc đẩy từ thực tế vật lý ... Quan điểm của tôi ở đây là không làm sai bất kỳ hướng nghiên cứu cụ thể nào (thực tế, tôi nghĩ rằng chúng có phần thú vị), nhưng nhiều hơn là tôi không Các nhà lý thuyết phức tạp nhất thiết phải quan tâm đến CTC "theo định nghĩa", nhưng có những cân nhắc bổ sung dẫn đến việc họ trở nên thú vị với nhiều người. (Và, tất nhiên, có lẽ không phải tất cả các nhà lý thuyết phức tạp đều thấy chúng thú vị!) Mặc dù chắc chắn có nhiều nghiên cứu hơn về vấn đề này, tôi nghĩ rằng nó ít được thúc đẩy từ thực tế vật lý ... Quan điểm của tôi ở đây là không làm sai bất kỳ hướng nghiên cứu cụ thể nào (thực tế, tôi nghĩ rằng chúng có phần thú vị), nhưng nhiều hơn là tôi không Các nhà lý thuyết phức tạp nhất thiết phải quan tâm đến CTC "theo định nghĩa", nhưng có những cân nhắc bổ sung dẫn đến việc họ trở nên thú vị với nhiều người. (Và, tất nhiên, có lẽ không phải tất cả các nhà lý thuyết phức tạp đều thấy chúng thú vị!) nhưng thay vào đó có những cân nhắc bổ sung dẫn đến chúng trở nên thú vị với nhiều người. (Và, tất nhiên, có lẽ không phải tất cả các nhà lý thuyết phức tạp đều thấy chúng thú vị!) nhưng thay vào đó có những cân nhắc bổ sung dẫn đến chúng trở nên thú vị với nhiều người. (Và, tất nhiên, có lẽ không phải tất cả các nhà lý thuyết phức tạp đều thấy chúng thú vị!)


9

Xin lỗi vì câu trả lời rất "bức tranh lớn" từ một nhà lý thuyết phi lượng tử, nhưng sự tương phản này có thể giúp: bạn có thể mô tả các thuật toán như nghiên cứu về cách giải quyết các vấn đề tính toán, trong khi lý thuyết phức tạp nghiên cứu các tài nguyên (đặc biệt là thời gian) trong lý thuyết để giải quyết chúng. Làm thế nào những vấn đề này thực sự khó khăn ở một mức độ cơ bản, và chúng được phân loại theo yêu cầu tài nguyên như thế nào? Câu hỏi này được coi là thú vị bất kể có bao nhiêu hoặc loại tài nguyên nào mà con người trừng phạt xảy ra theo ý của họ.

(Ví dụ: thuật toán thời gian cho SAT sẽ hoàn toàn nâng cao quan điểm của chúng tôi về lý thuyết phức tạp ngay cả khi nó không bao giờ ảnh hưởng đến bất kỳ thuật toán nào chúng tôi có thể chạy trong vũ trụ này. Thuật toán thời gian cho SAT sẽ thay đổi sự hiểu biết về sự phức tạp ít hơn nhiều, mặc dù nó sẽ có ý nghĩa thực tiễn rất lớn.)n10000020.00000001n

Câu hỏi về lý thuyết cần bao nhiêu thời gian để giải quyết vấn đề thay đổi nếu bạn cho phép CTC, do đó chúng rất thú vị đối với lý thuyết phức tạp theo định nghĩa.

Vì vậy, tôi cảm thấy câu hỏi đầu tiên của bạn giống như hỏi tại sao các nhà lý thuyết tính toán sẽ nghiên cứu độ Turing cao hơn 0; đó là những gì họ làm.


1
Ồ, đó không phải là một ý tưởng tốt để chấp nhận câu trả lời này, vì tôi đã không giải quyết Q2 và có hy vọng rằng ai đó như Scott sẽ đến và trả lời ...
usul

Tôi biết nó bên cạnh quan điểm của bạn, nhưng "Thuật toán thời gian 2 ^ (0,00000001n) cho SAT sẽ không thay đổi sự hiểu biết của chúng tôi về sự phức tạp" chỉ là sai!
Ryan Williams

@RyanWilliams, cảm ơn / xin lỗi vì đã phóng đại vụ việc - sẽ chỉnh sửa.
usul

Điều tôi muốn nói là các thuật toán SAT như vậy, bên cạnh khả năng có tầm quan trọng thực tế, cũng sẽ bao hàm các giới hạn thấp hơn trong sự phức tạp. Không nổi tiếng như P! = NP nhưng vẫn rất thú vị
Ryan Williams

2

Nếu một người coi trắc địa là một phân tích hình học thế giới của tìm kiếm Grover, hãy hiển thị theo một số liệu mà tìm kiếm Grover tuân theo trắc địa. Dưới những nhiễu loạn nhỏ quá, tìm kiếm Grover hoạt động tốt. Ngoài ra, với một nhiễu loạn, theo một loại số liệu kahler - số liệu nghiên cứu Fubini - Tìm kiếm Grover không thể theo một trắc địa, xem nghiên cứu nhiễu loạn . Tài liệu tham khảo cho sự tối ưunghiên cứu hình học thông tin của tìm kiếm Grover .

Alvarez và cộng sự bắt đầu với việc hiển thị tìm kiếm Grover theo phép đo trắc địa theo chỉ số Fubini-Research và họ đã khám phá các thuật toán lượng tử khác như thuật toán Shors. Mặc dù điều này đã được thực hiện trong bối cảnh thông tin của Fisher, nhưng vẫn cho thấy rằng theo tìm kiếm Grover của nghiên cứu Fubini theo phương pháp trắc địa. Ngoài ra, Alvarez và cộng sự thể hiện theo các giả định thông tin của Fisher - "Hệ số của Shor không lưu giữ thông tin liên tục của Fisher".

Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.