Có kết quả từ các thuật toán lượng tử hoặc độ phức tạp dẫn đến những tiến bộ trong vấn đề P vs NP không?


14

Trên bề mặt, các thuật toán lượng tử có ít để làm với máy tính cổ điển và P vs NP cụ thể: Giải quyết vấn đề từ NP với các máy tính lượng tử cho chúng ta biết gì về mối quan hệ của các lớp phức tạp cổ điển 1 .

Mặt khác, 'mô tả thay thế' của lớp PP phức tạp cổ điển như lớp PostBQP được trình bày trong bài viết này, theo như tôi biết, được coi là một kết quả quan trọng đối với 'độ phức tạp cổ điển', bởi 'độ phức tạp lượng tử' .

Trong thực tế, Scott Aaronson, tác giả của bài báo, viết ở phần cuối của bản tóm tắt:

Điều này minh họa rằng điện toán lượng tử có thể mang lại bằng chứng mới và đơn giản hơn về kết quả chính về tính toán cổ điển.


Do đó, câu hỏi của tôi là: có kết quả từ lĩnh vực phức tạp lượng tử 'đơn giản hóa' vấn đề P vs NP, tương tự như mô tả lượng tử của PP không? Nếu không có kết quả như vậy, có lý do chính đáng để không mong đợi những kết quả này, mặc dù "thành công" cho PP không?

1: Lấy câu trả lời cho câu hỏi này, ví dụ: Liệu vấn đề P so với NP có trở nên tầm thường do kết quả của sự phát triển của máy tính lượng tử phổ quát không?


Câu hỏi hay, tôi cũng rất quan tâm đến chủ đề này. Cảm ơn!
SalvaCardona

Câu trả lời:


9

Tôi không nghĩ rằng có những lý do rõ ràng cho câu trả lời 'có' hoặc 'không'. Tuy nhiên, tôi có thể đưa ra lý do tại sao PP có nhiều khả năng thừa nhận đặc tính như vậy hơn NP và đưa ra một số trực giác về lý do tại sao NP không bao giờ có đặc tính đơn giản về mặt sửa đổi mô hình tính toán lượng tử.

Đếm phức tạp

Cả hai lớp NPPP đều có thể được đặc trưng theo số lượng nhánh chấp nhận của máy Turing không xác định, mà chúng ta có thể mô tả theo cách thực tế hơn về mặt kết quả có thể có của một tính toán ngẫu nhiên sử dụng bit ngẫu nhiên đồng đều. Sau đó chúng ta có thể mô tả hai lớp này là:

  • L  ∈  NP nếu có thuật toán ngẫu nhiên thời gian đa thức tạo ra một bit đơn α  {0,1}, sao cho x  ∈  L khi và chỉ khi Prα  = 1 | x  ] là khác không (mặc dù xác suất này có thể rất nhỏ), trái ngược với không.

  • L  ∈  PP nếu có thuật toán ngẫu nhiên theo thời gian đa thức tạo ra một bit đơn α  {0,1}, sao cho x  ∈  L khi và chỉ khi Prα  = 1 | x  ] lớn hơn 0,5 (mặc dù có thể chỉ bằng số tiền nhỏ nhất), trái ngược với bằng hoặc nhỏ hơn 0,5 ( ví dụ:  bằng một lượng rất nhỏ).

Một cách để thấy lý do tại sao các lớp này không thể được giải quyết trên thực tế bằng cách sử dụng mô tả xác suất này, đó là có thể mất nhiều lần lặp lại theo cấp số nhân để tự tin về ước tính xác suất cho Prα  = 1 | x  ] vì sự tin cậy của sự khác biệt trong xác suất liên quan.

Khoảng cách phức tạp và độ phức tạp lượng tử

Hãy để chúng tôi mô tả các kết quả '0' và '1' trong tính toán ở trên là 'từ chối' và 'chấp nhận'; và chúng ta hãy gọi một nhánh ngẫu nhiên mang lại kết quả từ chối / chấp nhận, một nhánh từ chối hoặc chấp nhận . Do đó, mọi nhánh của tính toán ngẫu nhiên không chấp nhận đều bị từ chối, PP cũng có thể được định nghĩa theo sự khác biệt giữa số lượng chấp nhận và từ chối các đường tính toán - một đại lượng mà chúng ta có thể gọi là khoảng cách chấp nhận : cụ thể, cho dù là chấp nhận khoảng cách là dương, hoặc nhỏ hơn hoặc bằng không. Với một chút công việc, chúng ta có thể có được một đặc tính tương đương cho PP, về mặt khoảng cách chấp nhận lớn hơn ngưỡng nào đó, hoặc nhỏ hơn ngưỡng nào đó, có thể bằng 0 hoặc bất kỳ chức năng tính toán hiệu quả nào khác của đầu vào x .

Đến lượt nó có thể được sử dụng để mô tả các ngôn ngữ trong PP về mặt tính toán lượng tử. Từ mô tả của PP về các tính toán ngẫu nhiên có xác suất chấp nhận (có thể hơi) lớn hơn 0,5, hoặc nhiều nhất là 0,5, tất cả các vấn đề trong PP đều thừa nhận thuật toán lượng tử thời gian đa thức có cùng phân biệt về xác suất chấp nhận; và bằng cách mô hình hóa các tính toán lượng tử như một tổng trên các đường tính toán và mô phỏng các đường dẫn này bằng cách sử dụng các nhánh từ chối các đường có trọng số âm và chấp nhận các nhánh của các đường có trọng số dương, chúng ta cũng có thể chỉ ra rằng thuật toán lượng tử tạo ra sự khác biệt (yếu về mặt thống kê) một vấn đề trong PP .

Không rõ ràng rằng chúng ta có thể làm điều tương tự cho NP . Không có cách tự nhiên nào để mô tả NP theo các khoảng trống chấp nhận và dự đoán rõ ràng về cách bạn có thể cố gắng điều chỉnh nó phù hợp với mô hình tính toán lượng tử - bằng cách hỏi liệu xác suất đo lường kết quả '1' có bằng 0 hay không zero - thay vào đó cung cấp cho bạn một lớp được gọi là coC = P , không được biết đến bằng NP , và đại khái có thể được mô tả là có sức mạnh tương đương PP chứ không phải gần với NP về sức mạnh.

Tất nhiên, một ngày nào đó người ta có thể tìm thấy một đặc tính của NP về khoảng cách chấp nhận, hoặc người ta có thể tìm ra những cách mới để tính toán lượng tử liên quan đến tính phức tạp, nhưng tôi không chắc ai có ý tưởng thuyết phục nào về việc điều này có thể xảy ra.

Tóm lược

Triển vọng để hiểu sâu hơn về vấn đề P so với NP , thông qua tính toán lượng tử, không hứa hẹn - mặc dù điều đó là không thể.


3
Câu trả lời tuyệt vời! Dường như với tôi, mặc dù bản thân điện toán lượng tử có thể không giúp ích gì, nhưng trực giác và toán học về độ phức tạp lượng tử rất giống với phương pháp hình học và số học đối với bài toán P so với NP. Xem, ví dụ, bài báo gần đây về đa giác thời điểm: Các thuật toán hiệu quả cho thang đo độ căng, lề lượng tử và đa giác thời điểm Ngoài ra, tôi không thể đề cập đến một trong những bài báo yêu thích của tôi ở đây: Chứng minh lượng tử cho các định lý cổ điển của Andrew Drucker và Ronald de Wolf .
Chương trình nghị sự của Sanketh
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.