¿Cómo puede ayudar la computación cuántica a resolver los problemas NP-hard?

Una computadora cuántica puede resolver cualquier “problema de búsqueda”, incluidos muchos problemas NP-hard, como SAT, en [math] O (\ sqrt {N}) [/ math] “cheques”, donde N es el tamaño del espacio de búsqueda . Esto es con un algoritmo de búsqueda general llamado algoritmo de Grover.

Por ejemplo, para una instancia SAT con n variables, hay [matemática] 2 ^ n [/ matemática] formas posibles de establecer todas las variables. Para verificar cada uno requeriría [matemática] O (n 2 ^ n) [/ matemática]. Ese factor de [math] n [/ math] se debe a que toma [math] O (n) [/ math] tiempo para evaluar el circuito booleano para un ajuste dado de las variables. No se conoce ningún algoritmo clásico que pueda mejorar. Tal vez pueda eliminar el factor de n, no estoy seguro. Pero ciertamente no se sabe cómo hacer [matemáticas] O ((2- \ epsilon) ^ n) [/ matemáticas].

Con el algoritmo de Grover cuántico, puede hacer esto a tiempo [matemática] O (n \ sqrt {2 ^ n}) = O (n 2 ^ {n / 2}) [/ matemática] que es mucho más rápido. Todavía no es tiempo polinómico, pero aún es mucho mejor.

No se sabe que las computadoras cuánticas sean capaces de resolver problemas NP-Complete. Son capaces de resolver ciertos problemas como logaritmos discretos, factorización y simulaciones cuánticas. Las computadoras cuánticas pueden resolver problemas que tienen una cierta estructura como la factorización. Curiosamente, no se sabe que esos problemas sean NP-completos. Los problemas de NP-Complete generalmente requieren buscar en un gran espacio de búsqueda, las computadoras cuánticas pueden usar el algoritmo de Grover que no es un algoritmo exponencial.

Algoritmo de Grover – Wikipedia

¿Como es posible? Debido a que las computadoras cuánticas no modelan matemáticamente tanto un problema como físicamente lo modelan; en teoría, dejamos que la naturaleza haga los cálculos por nosotros y solo observemos dónde termina el estado final. Es más como probar un modelo en un túnel de viento que resolver la ecuación de Navier Stokes.

En cierto modo, no pueden. No en tiempo polinómico (si P! = NP) ya que las computadoras cuánticas no son máquinas de determinación no deterministas. Pueden resolver un poco más que las computadoras deterministas, pero aún no toda la categoría NP.

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