Gaussian boson sampling is a model of photonic quantum computing that has attracted attention as a platform for building quantum devices capable of performing tasks that are out of reach for classical devices. There is therefore significant interest, from the perspective of computational complexity theory, in solidifying the mathematical foundation for the hardness of simulating these devices. We show that, under the standard Anti-Concentration and Permanent-of-Gaussians conjectures, there is no efficient classical algorithm to sample from ideal Gaussian boson sampling distributions (even approximately) unless the polynomial hierarchy collapses. The hardness proof holds in the regime where the number of modes scales quadratically with the number of photons, a setting in which hardness was widely believed to hold but that nevertheless had no definitive proof. Crucial to the proof is a new method for programming a Gaussian boson sampling device so that the output probabilities are proportional to the permanents of submatrices of an arbitrary matrix. This technique is a generalization of Scattershot BosonSampling that we call BipartiteGBS. We also make progress towards the goal of proving hardness in the regime where there are fewer than quadratically more modes than photons (i.e., the high-collision regime) by showing that the ability to approximate permanents of matrices with repeated rows/columns confers the ability to approximate permanents of matrices with no repetitions. The reduction suffices to prove that GBS is hard in the constant-collision regime.


翻译:Gausian boson 取样是一种光度量量计算模型,它作为一个平台,吸引了人们的注意,可以用来建立能够完成古典设备所不能完成的任务的量子装置。 因此,从计算复杂理论的角度来看,人们非常有兴趣巩固模拟这些装置的硬性性基。 我们显示,根据标准的反集中和永久地根治法的预测,在理想的Gausian boson 取样分布(甚至近似于)的样本中,没有有效的经典算法。 这种技术是将光学比重级数的量级数的硬性证据保存在系统中。 模型的刻度被广泛认为是坚硬的,但尽管没有确切的证据。 我们证明,根据这个证据,一种新的方法来编程一个高分级的博森取样器,因此,输出的概率与任意矩阵的子表层的永久性值成比例成正比重的硬性硬性基质。 我们用恒定的基质的基质比硬性基质的基数要小。 我们用恒定的基调向高基质的基质向高基质的基质显示, 向高基底的递制的递减。

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