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Speedup in classical simulation of Gaussian boson sampling

Science Bulletin 2020年第10期65卷 832-841,M0004页

作者： Bujiao Wu Bin Cheng Fei Jia Jialin Zhang Man-Hong Yung Xiaoming Sun Institute of Computing Technology Chinese Academy of SciencesBeijing 100190China University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049China Institute for Quantum Science and Engineering Department of PhysicsSouthern University of Science and TechnologyShenzhen 518055China Shenzhen Key Laboratory of Quantum Science and Engineering Southern University of Science and TechnologyShenzhen 518055China Central Research Institute Huawei TechnologiesShenzhen 518129China CAS Center of Excellence in Topological Quantum Computation Beijing 100190China

Gaussian boson sampling is an alternative model for demonstrating quantum computational supremacy,where squeezed states are injected into every input mode, instead of applying single photons as in the case of standard boson sampling. Here by analyzing numerically the computational costs, we establish a lower bound for achieving quantum computational supremacy for a class of Gaussian bosonsampling problems. Specifically, we propose a more efficient method for calculating the transition probabilities, leading to a significant reduction of the simulation costs. Particularly, our numerical results indicate that one can simulate up to 18 photons for Gaussian boson sampling at the output subspace on a normal laptop, 20 photons on a commercial workstation with 256 cores, and about 30 photons for supercomputers. These numbers are significantly smaller than those in standard boson sampling, suggesting that Gaussian boson sampling could be experimentally-friendly for demonstrating quantum computational supremacy.

关键词： Gaussian boson sampling Classical simulation hafnian Probability distribution Marginal distribution Quantum optics

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