Gaussian boson sampling, a computational model that is widely believed to admit quantum supremacy, has already been experimentally demonstrated to surpasses the classical simulation capabilities of even with the most powerful supercomputers today. However, whether the current approach limited by photon loss and noise in such experiments prescribes a scalable path to quantum advantage is an open question. For example, random circuit sampling with constant noise per gate was recently shown not to be a scalable approach to achieve quantum supremacy, although simulating intermediate scale systems is still difficult. To understand the effect of photon loss on the scability of Gaussian boson sampling, we use a tensor network algorithm with $U(1)$ symmetry to examine the asymptotic operator entanglement entropy scaling, which relates to the simulation complexity. We develop a custom-built algorithm that significantly reduces the computational time with state-of-the-art hardware accelerators, enabling simulations of much larger systems. With this capability, we observe, for Gaussian boson sampling, the crucial $N_\text{out}\propto\sqrt{N}$ scaling of the number of surviving photons in the number of input photons that marks the boundary between efficient and inefficient classical simulation. We further theoretically show that this should be general for other input states.


翻译:Gausian boson 取样是广泛认为承认量子至上的一种计算模型,已经实验地证明它超越了即使是今天最强大的超级计算机的古典模拟能力。然而,目前这种实验中受光子丢失和噪音限制的方法是否为量子优势提供了可伸缩的途径是一个尚未解决的问题。例如,最近显示,每扇门有恒定噪音的随机电路取样并不是实现量子优势的一种可伸缩的方法,尽管模拟中等规模系统仍然困难。为了理解光子丢失对高斯波森取样的可采性的影响,我们用美元(1美元)的对称法使用高尔网络算法来检查与模拟复杂性有关的无药操作者缠绕的刻度缩缩缩缩。我们开发了一种定制的算法,大大缩短了每扇门恒定噪音的计算时间,使得对大得多的系统进行模拟。有了这种能力,我们观察到,高斯波森取样对高斯取样的可靠性具有关键作用,我们用美元($*propto) press\\\\\ sqromprialimalimal mal mal mess press press press press maxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx平平平平平平平平平平平平平平平平平平平平平平平平平平平平平平平平平平平平平平平平平平平平平平平的图像数。

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