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QIP (complejidad)

En la teoría de la complejidad computacional , la clase QIP (que significa Prueba Interactiva Cuántica ) es el análogo de computación cuántica de la clase de complejidad clásica IP , que es el conjunto de problemas solucionables por un sistema de prueba interactivo con un verificador de tiempo polinomial y un demostrador computacionalmente ilimitado. Informalmente, IP es el conjunto de lenguajes para los cuales un demostrador computacionalmente ilimitado puede convencer a un verificador de tiempo polinomial para que acepte cuando la entrada está en el lenguaje (con alta probabilidad) y no puede convencer al verificador para que acepte cuando la entrada no está en el lenguaje (de nuevo, con alta probabilidad). En otras palabras, el demostrador y el verificador pueden interactuar durante polinomialmente muchas rondas, y si la entrada está en el lenguaje, el verificador debe aceptar con una probabilidad mayor que 2/3, y si la entrada no está en el lenguaje, el verificador debe rechazar con una probabilidad mayor que 2/3. En IP, el verificador es como una máquina BPP . En QIP, la comunicación entre el probador y el verificador es cuántica, y el verificador puede realizar cálculos cuánticos. En este caso, el verificador es como una máquina BQP .

Al restringir el número de mensajes utilizados en el protocolo a un máximo de k , obtenemos la clase de complejidad QIP(k). QIP y QIP(k) fueron introducidos por John Watrous [1] , quien junto con Kitaev demostró en un artículo posterior [2] que QIP = QIP(3), lo que demuestra que 3 mensajes son suficientes para simular un protocolo interactivo cuántico de ronda polinomial. Dado que QIP(3) ya es QIP, esto deja 4 clases posiblemente diferentes: QIP(0), que es BQP , QIP(1), que es QMA , QIP(2) y QIP.

Kitaev y Watrous también demostraron que QIP está contenido en EXP , la clase de problemas solucionables por una máquina de Turing determinista en tiempo exponencial. [2] Luego se demostró que QIP(2) estaba contenido en PSPACE , el conjunto de problemas solucionables por una máquina de Turing determinista en el espacio polinomial. [3] Ambos resultados fueron subsumidos por el resultado de 2009 de que QIP está contenido en PSPACE, [4] que también prueba que QIP = IP = PSPACE, ya que se demuestra fácilmente que PSPACE está en QIP usando el resultado IP = PSPACE .

Referencias

  1. ^ Watrous, John (2003), "PSPACE tiene sistemas de prueba interactivos cuánticos de ronda constante", Theor. Comput. Sci. , 292 (3), Essex, Reino Unido: Elsevier Science Publishers Ltd.: 575–588, doi : 10.1016/S0304-3975(01)00375-9 , ISSN  0304-3975
  2. ^ ab Kitaev, Alexei; Watrous, John (2000), "Paralelización, amplificación y simulación temporal exponencial de sistemas de prueba interactivos cuánticos", STOC '00: Actas del trigésimo segundo simposio anual de la ACM sobre teoría de la computación , ACM, págs. 608-617, ISBN 978-1-58113-184-0
  3. ^ Jain, Rahul; Upadhyay, Sarvagya; Watrous, John (2009), "Las pruebas interactivas cuánticas de dos mensajes están en PSPACE", FOCS '09: Actas del 50.º Simposio anual IEEE de 2009 sobre fundamentos de la ciencia informática , IEEE Computer Society, págs. 534-543, ISBN 978-0-7695-3850-1
  4. ^ Jain, Rahul; Ji, Zhengfeng; Upadhyay, Sarvagya; Watrous, John (2010), "QIP = PSPACE", STOC '10: Actas del 42º simposio de la ACM sobre teoría de la computación , ACM, págs. 573–582, ISBN 978-1-4503-0050-6

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