एनटीटी वैज्ञानिकों का कहना है कि उनके पास क्वांटम एडवांटेज को सत्यापित करने का नया तरीका है

सनीवेल, कैलिफ़ोर्निया - 26 अक्टूबर, 2022 - एनटीटी रिसर्च ने घोषणा की कि इसके एक वैज्ञानिक क्रिप्टोग्राफी और सूचना सुरक्षा (सीआईएस) लैब और से एक सहयोगी एनटीटी सामाजिक सूचना विज्ञान प्रयोगशालाएं (एसआईएल) ने क्वांटम एडवांटेज पर एक पाथब्रेकिंग पेपर लिखा है। पेपर को कंप्यूटर साइंस की नींव (एफओसीएस) पर वार्षिक आईईईई संगोष्ठी में प्रस्तुत करने के लिए चुना गया था, जो 31 अक्टूबर-नवंबर को हो रहा है। डेनवर में 3.

पेपर के सह-लेखक, "शीर्षक"संरचना के बिना सत्यापन योग्य क्वांटम लाभडॉ. ताकाशी यामाकावा, एनटीटी एसआईएल के प्रतिष्ठित शोधकर्ता और वरिष्ठ वैज्ञानिक डॉ. मार्क झांड्री हैं। एनटीटी रिसर्च सीआईएस लैब। यह कार्य आंशिक रूप से प्रिंसटन विश्वविद्यालय में किया गया था, जहां डॉ. यामाकावा एक अतिथि शोध विद्वान थे और डॉ. झंड्री कंप्यूटर विज्ञान के सहायक प्रोफेसर के रूप में भी कार्य करते हैं। 

क्वांटम लाभ (या क्वांटम स्पीडअप) का विषय उन प्रकार की समस्याओं से संबंधित है जो क्वांटम कंप्यूटर शास्त्रीय, या गैर-क्वांटम, कंप्यूटरों की तुलना में तेजी से हल कर सकते हैं और वे कितने तेज हैं। प्रश्न में समस्याओं को आमतौर पर गैर-नियतात्मक बहुपद-समय (एनपी) वर्ग के रूप में वर्णित किया जाता है। कितना लाभ एक विशाल डिग्री तक भिन्न हो सकता है। एक क्वांटम कंप्यूटर एक मिनट या एक सेकंड में किसी विशेष समस्या को हल करने में सक्षम हो सकता है जो एक क्लासिक कंप्यूटर को एक सप्ताह में लेता है, या संभवतः एक अथाह रूप से घातीय मात्रा में समय लेता है। इस पत्र में, लेखक इस श्रेष्ठता को सत्यापित करने और इसे कुशलतापूर्वक करने की चुनौती को संबोधित करते हैं। आज तक, क्वांटम लाभ के प्रदर्शनों में दो या दो से अधिक पार्टियों के बीच महत्वपूर्ण "संरचना" या आगे-पीछे संचार शामिल है। यामाकावा और झंड्री पेपर की सफलता एक एनपी कठिन समस्या का प्रदर्शन करना है जहां संरचना के बिना सत्यापन संभव है।

"यह पहली बार है कि हमने एक एनपी खोज समस्या के लिए एक घातीय क्वांटम स्पीडअप देखा है, जिसके लिए केवल एक यादृच्छिक ऑरेकल की आवश्यकता होती है," यूनिवर्सिटी ऑफ टेक्सास ने ऑस्टिन में कंप्यूटर साइंस के प्रोफेसर डॉ। स्कॉट आरोनसन ने कहा, जिन्होंने प्रारंभिक संस्करण पर टिप्पणी की थी। 13 जून, 2022 को सिमंस इंस्टीट्यूट फॉर द थ्योरी ऑफ कंप्यूटिंग में एक कार्यशाला के दौरान पेपर का। केवल एक यादृच्छिक ओरेकल की आवश्यकता होती है, अर्थात, एक सैद्धांतिक ब्लैक बॉक्स जो प्रत्येक प्रश्न के लिए यादृच्छिक प्रतिक्रिया उत्पन्न करता है, यामाकावा और ज़ांद्री ने असंरचित कम्प्यूटेशनल मान्यताओं पर अपनी समस्या का निर्माण किया। जैसे, उनकी समस्या संरचित लोगों के बजाय एकतरफा कार्यों के साथ अधिक निकटता से संरेखित होती है, जैसे कि सार्वजनिक कुंजी क्रिप्टोग्राफी में पाए जाने वाले। वह एकतरफा संरेखण कुशल सत्यापन की सुविधा प्रदान करता है।

काजुहिरो गोमी ने कहा, "एनटीटी से संबद्ध क्रिप्टोग्राफरों को अनुसंधान पर सहयोग करते हुए देखना रोमांचक है, जो एक बार फिर 'सफलता' के लेबल का गुण रखते हैं, विशेष रूप से एक पेपर में जो क्वांटम कंप्यूटिंग की हमारी समझ को समृद्ध करता है, एनटीटी रिसर्च में हमारे लिए फोकस का एक और क्षेत्र है।" , एनटीटी रिसर्च के अध्यक्ष और सीईओ। "इस प्रतिष्ठित आईईईई सम्मेलन में सभी प्रतिभागियों को बधाई और शुभकामनाएं।" 

एनपी खोज समस्या जो यामाकावा और झंड्री ने तैयार की थी वह एक दो-एक-एक समस्या थी जिसमें 1 खोजने की आवश्यकता होती है) एक एन-प्रतीक स्ट्रिंग जो किसी दिए गए त्रुटि-सुधार कोड का कोड शब्द है, और 2) एक एन-प्रतीक स्ट्रिंग जहां प्रत्येक यादृच्छिक ओरेकल के तहत प्रतीक को शून्य पर मैप किया जाता है। प्रत्येक समस्या अलग से आसान है। लेकिन प्रतीकों की एक स्ट्रिंग को खोजने के लिए जो एक कोडवर्ड और मानचित्र दोनों शून्य है, कम से कम शास्त्रीय रूप से बहुत कठिन है। "यदि आप क्वांटम हैं, तो आप इसे बहुपद समय में हल कर सकते हैं," डॉ झांड्री ने कहा, "लेकिन यदि आप शास्त्रीय हैं, तो कम से कम यदि आप इस ब्लैक-बॉक्स मॉडल में हैं, तो आपको घातीय समय की आवश्यकता है।" दूसरी ओर, एक संभावित समाधान दिया गया है, यह जांच कर सत्यापित करना आसान है कि यह अलग-अलग दो समस्याओं में से प्रत्येक को हल करता है। ध्यान दें कि, जैसा कि FOCS के लिए एक पेपर के लिए उपयुक्त है, यह कार्य बुनियादी या मूलभूत है। जैसा कि सिमंस इंस्टीट्यूट में डॉ. आरोनसन के भाषण में बताया गया है (इस एनटीटी रिसर्च में चर्चा की गई है ब्लॉग लेख), यामाकावा-ज़ैंड्री तर्क स्पीडअप के एक वर्ग में आता है जिसे गणितीय रूप से आसानी से जांचा जा सकता है, लेकिन वास्तविक क्वांटम कंप्यूटर द्वारा व्यावहारिक रूप से जल्द ही प्रदर्शित नहीं किया जा सकता है। अपनी पथप्रदर्शक सत्यापन योजना से परे, हालांकि, पेपर क्वांटम स्पीडअप की सीमा से संबंधित कुछ नया भी इंगित करता है।

"हमारे काम से पहले, हमारे पास एनपी समस्याओं के लिए क्वांटम लाभ के उदाहरण थे, जैसे फैक्टरिंग या ब्लैक बॉक्स सेटिंग में, अवधि की खोज। लेकिन यह पता चला है कि इन सभी उदाहरणों में अंतर्निहित क्वांटम एल्गोरिदम मूल रूप से अवधि खोज था - हालांकि इन उदाहरणों में अवधि-खोज को कैसे लागू किया जाए, यह दिखाना अक्सर गैर-तुच्छ था, "डॉ झंड्री ने कहा। "हमारा पेपर दिखाता है कि कम से कम एक दूसरा मामला है। आप आशावादी रूप से यह कह सकते हैं कि यह आशा है कि क्वांटम लाभ अधिक व्यापक है जितना हमने पहले सोचा था।"

आईईईई कंप्यूटर सोसाइटी टेक्निकल कमेटी ऑन मैथमैटिकल फाउंडेशन ऑफ कंप्यूटिंग (टीसीएमएफ) द्वारा प्रायोजित, एफओसीएस सैद्धांतिक कंप्यूटर विज्ञान के क्षेत्र में एक प्रमुख सम्मेलन है। एफओसीएस 2022 के लिए कागजात की मांग, 63 वीं ऐसी वार्षिक सभा, क्वांटम कंप्यूटिंग को ब्याज के 17 सामान्य क्षेत्रों में से एक के रूप में सूचीबद्ध करती है। यामाकावा-झांड्री पेपर 31 अक्टूबर, 2022 को सुबह 10:15 बजे एमटी में प्रस्तुत किया जाना है। इस घटना के बारे में अधिक जानने और पंजीकरण करने के लिए, देखें एफओसीएस 2022 वेबसाइट।