能量、玻色子与计算复杂性
该研究团队探究了能量(即平均光子数)作为资源在玻色子系统计算复杂度中的作用,并展示了三组重要发现:(1)能量增长率:存在某些玻色子门集能使能量以极快速度增长,例如在有限/恒定时间内达到无限能量。团队证明这种高能量状态会使计算玻色子运算特性(如判定给定计算是否会达到无限能量)变得极其困难,从形式化角度而言是不可判定的。(2)计算能力下界:更多能量“等价于”更强计算能力。例如特定门集允许多项式时间玻色子运算模拟PTOWER(即运行时间呈多项式高度指数塔增长的确定性计算集合)。仅需指数级能量和O(1)模式即可模拟NP问题,值得注意的是,该设置与近期Brenner等人提出的玻色子因数分解算法架构相似。对于更简单的门集,团队提出了能量层级定理。(3)计算能力上界:具有多项式能量的玻色子计算可在BQP复杂度类中模拟;任意有限能量的“物理可实现”玻色子计算是可判定的;由高斯门和三次相位门构成的门集可在PP复杂度类中模拟(能量受指数约束),这一发现改进了先前PSPACE的上界结果。最终,通过结合上下界研究,团队针对连续变量Solovay-Kitaev定理(适用于高斯门和三次相位门等门集)提出了若干“不可行”定理。