Genişletilmiş Kilise Turing Tezi


35

Sitede en çok tartışılan sorulardan biri, Kilise Döndürme Tezini Çürütmek Ne Demekti ? Bunun nedeni, Dershowitz ve Gurevich'in 2008'de Kilise Dönemi Tezi'nin Sembolik Mantık Bülteni olduğunun bir kanıtı yayınlamasıdır. (Bunu burada tartışmayacağım, ancak bağlantı ve kapsamlı yorumlar için lütfen asıl soruya bakın veya - - utanmaz kişisel tanıtım - yazdığım bir blog yazısı.)

Bu soru, Ian Parberry tarafından formüle edildiği gibi Genişletilmiş Kilise Turing Tezi hakkında:

Tüm "makul" makina modellerinde zaman polinomla ilgilidir.

Giorgio Marinelli sayesinde, önceki makalenin ortak yazarlarından Dershowitz'in ve doktora öğrencisinin Falkovich'in bir dokümanı olan öğrencinin Falkovich’in atölye çalışmasında ortaya çıkan Genişletilmiş Kilise Turing Tezi’nin bir kanıtını yayınladığını öğrendim . Hesaplamalı Modeller 2011 .

Bu sabah gazeteyi yeni bastım ve daha fazla bir şey yapmadım. Yazarlar, Turing makinelerinin herhangi bir sıralı hesaplama cihazını en fazla polinom yükü ile simüle edebileceğini iddia ediyor. Kuantum hesaplama ve büyük ölçekli paralel hesaplama açıkça ele alınmamaktadır. Sorum şu yazıda aşağıdaki ifade ile ilgilidir.

Hangi varsayımlar yapıldığı ve geniş çapta inanıldığı gibi, hangi veri yapılarının kullanıldığına bakılmaksızın her etkili uygulamanın bir Turing makinesi tarafından, zaman zaman karmaşıklığı en fazla polinom yükü ile simüle edilebileceğini gösterdik.

Öyleyse benim sorum: rastgele bir şekilde "gerçekten" sıralı hesaplama durumunda bile, bu gerçekten "geniş ölçüde inanılıyor" mu? Ya işler rastgele olursa? Kuantum hesaplama, eğer mümkünse başlatılabilirse muhtemel bir karşı örnek olacaktır, ancak aynı zamanda karşı örnekler olacak olan kuantumdan "daha zayıf" olasılıklar da var mı?


1
Derandomizasyona ya da rastgele algoritmaların rastgele bileşenlerini çıkarmaya yönelik çok fazla tartışma yapıldı. Örneğin, bkz. ( Bit.ly/rjx5YZ ) Bir keresinde, orta-batı teorisinde dequantization teorisinde Lance Fortnow'a soruyu sordum ve bu anlamsızdı. Fakat burada iyi bir tartışma başlattı ( bit.ly/nT0BnK ) Ama daha verimli yollar var. Kuantum algoritmaları ile ilgisi olan daha zayıf bir olasılık örneği, Leslie Valiant Turing ödül kazanan 2011 ( bit.ly/nSyffN ) tarafından verilmiştir .
Joshua Herman

1
@Joshua, ACM Valiant'ın 2011 Turing Lecture'unu yayınladı (URL: awards.acm.org/… ); izlemeye değer. : Bir uygulamalı perspektiften için İlya Kuprov ve işbirlikçileri tarafından son JMR makaleleri bakın adaptif durum uzayı kısıtlaması dayalı Polynomially ölçekleme sıkma dinamikleri simülasyon algoritması ve Krylov alt uzay teknikleri ve sıfır parça eleme kullanarak ayrıntılı durum uzayı sıkıştırma: Polynomially ölçekleme spin dinamiği II . "Saf" ve "uygulamalı" CT / QIT'in bu yavaş birleşimi pratik olarak önemlidir ve çok eğlencelidir.
John Sidles

Yanıtlar:


44

Hazırlık

Söylemeliyim ki, CT veya ECT'nin "kanıtları" hakkında konuşmanın bu tartışmaya ışık kattığını görmüyorum. Bu tür "kanıtlar" dayandıkları varsayımlar kadar iyidir - başka bir deyişle, "hesaplama" veya "verimli hesaplama" gibi sözcükleri kastettikleri gibi. Öyleyse neden hemen varsayımların tartışılmasına devam etmiyor ve "ispat" kelimesini kullanmıyorsunuz?

Çok şey orjinal CT'de zaten belliydi, ancak ECT ile daha da netleşti - çünkü sadece ECT "felsefi olarak kanıtlanamaz" değil, bugün yaygın olarak yanlış olduğuna inanılıyor! Bana göre, kuantum hesaplama, ECT ile ilgili herhangi bir modern tartışmanın başlangıç ​​noktası olması gereken büyük, göze çarpan bir karşı örnek. Yine de Dershowitz ve Falkovich'in makalesi son paragrafa kadar QC'ye dokunmuyor bile:

    Yukarıdaki sonuç, algoritma tarafından belirlenen kritik terimlerin sayısı ile paralellik derecesinde sabit bir sınır olduğunu ortaya koyduğu için kuantum hesaplama gibi büyük ölçekli paralel hesaplamayı kapsamaz. Paralel modellerin göreceli olarak karmaşıklığı sorunu yakın gelecekte takip edilecektir.

Yukarıdakileri çok yanıltıcı buldum: QC herhangi bir geleneksel anlamda "paralel model" değildir . Kuantum mekaniğinde, "paralel süreçler" arasında --- sadece genliklerin müdahalesi arasında doğrudan bir iletişim yoktur; üstel bir üssel "paralel işlem" oluşturmak da kolaydır. (Gerçekten de, kişi evrendeki her fiziksel sistemi konuştuğumuz gibi yaptığını düşünebilir!) Her durumda, kuantum mekaniğinin yorumlanması hakkında ne düşünürseniz düşünün (hatta gerçeği veya yanlışlığı), ayrı bir şey gerektirdiği açıktır. tartışma!

Şimdi, (ilginç) sorularınız için!

Hayır, ECT'ye kuantum hesaplama dışında ikna edici bir karşı örnek bilmiyorum. Başka bir deyişle, eğer kuantum mekaniği yanlış olsaydı (evreni Planck ölçeğinde "analog" dan daha "dijital" tutacak şekilde --- aşağıya bakın), o zaman anladığım kadarıyla ECT yine olmazdı “Kanıtlanabilir” (çünkü fiziksel dünyada neyin verimli bir şekilde hesaplanabilir olduğuna dair ampirik gerçeklere bağlı olacaktır), ancak iyi çalışan bir hipotez olacaktır.

Randomizasyon muhtemelen ECT'ye, geleneksel olarak anlaşıldığı gibi, bugün P = BPP olduğuna dair güçlü kanıtlar nedeniyle meydan okumaz. (Not rağmen, o takdirde sen dil karar problemlerinin dışındaki ortamlarda ilgilendiğiniz --- Örneğin, ilişkisel problemler, karar ağaçları, veya iletişim karmaşıklığı için --- sonra randomizasyon kanıtlanabilir olabilir büyük bir fark yaratır. Ve bu ayarlar mükemmel makul hakkında konuşacaklar; sadece ECT'yi tartıştıklarında, tipik olarak aklında olan kişiler değillerdir.)

ECT'ye sıklıkla getirilen diğer “karşı örnekler” sınıfı, analog veya "hiper" hesaplamayı içerir. Kendi görünümü yani fizik elimizden geleni mevcut anlayış, analog işlem ve hypercomputing olduğunu olamaz ölçek ve sebebi bunu yapamazlar, ironik, kuantum mekaniği olduğunu! Özellikle, henüz kuantum bir yerçekimi teorisine sahip olmasak da, bugün bilinenler , saniyede yaklaşık 10 43 hesaplama basamağından daha fazla işlem yapmanın veya yaklaşık 10 -33 cm'den daha küçük mesafeleri çözmenin temel engelleri olduğunu göstermektedir .

Son olarak, eğer sen EKT için mantıklı bir ya da ilginç bir meydan okuma olabilir tartışma şey dışarı varsayalım ve sadece seri, ayrık, deterministik hesaplama izin vermek istediğiniz, o zaman ben ECT tutan Dershowitz'e ve Falkovich katılıyorum! :-) Fakat orada bile, bu ifadeye duyduğum güveni artıran "resmi bir kanıt" hayal etmek zor - yine asıl mesele, "seri", "ayrık" ve "deterministik" gibi kelimelerle aldığımız şey. demek .

Son sorunuza gelince:

    Kuantum hesaplama, eğer mümkünse başlatılabiliyorsa muhtemel bir karşı örnek olacaktır, fakat aynı zamanda karşı örnek örnekleri olacak olan kuantumdan "daha zayıf" olasılıklar da var mı?

Günümüzde, bazı kuantum hesaplamalarını yapabilen birçok fiziki sistem örneği vardır , fakat bunların hepsini değil (BPP ve BQP arasında orta olabilecek karmaşıklık sınıfları verir). Ayrıca, bu sistemlerin çoğunun gerçekleştirilmesi tam bir evrensel Kalite Kontrol'den daha kolay olabilir. Örneğin bakınız bu kağıdı Bremner, Józsa ve Shepherd, ya tarafından bu bir Arkhipov ve başıma.


3
"Kanıt" hakkında: Dershowitz ve arkadaşlarının araştırma programını "algoritma" nın sezgisel nosyonunu eksenelleştirmek için bir "algoritmalar için ZF" oluşturmaya çalışırken görüyorum. Daha sonra Seçim veya Determinitenin mi yoksa geniş bir kardinalin var olup olmadığını - bunların bilgisayar bilimlerinin benzerleri ne olursa olsun tartışabiliriz. Bu aksiyomlaştırmanın sunulma şeklinin sonuç odaklı olduğuna inanıyorum ("bak, bu ünlü tezi kanıtlayabiliriz"), ancak CT-tez çalışmasının yazarları varsayımları için tarihi gerekçe göstermeye çalışıyorlar.
Aaron Sterling

1
@Scott Aaronson QC hakkında ilginç ve aydınlatıcı görünüm. Sadece merak. QC'nin bir karşı örnek olamayacağını göstermek için ne gerekir?
vs

10
QC'nin imkansız olduğunu göstermek mi istiyorsun? En azından, kuantum mekaniği anlayışımızda ciddi bir revizyon olurdu. Bu, Kalite Güvencesi'nin yerine geçen bazı yeni fiziksel teorilerin keşfedilmesi anlamına gelebilir (ve bu nedenle de BPP'yi hesaplama sınırı olarak geri yükler) ya da Kalite Güvencesi'ne izin vermeyen Kalite Güvence'nin "yanında" çalışan "henüz keşfedilmemiş bir ilke" olabilir. Her iki şekilde de, Nobel ödülleri! :)
Scott Aaronson

Yorumunu beğendin mi? QC üzerinde daha fazla kazmak gerekir. Bu konuda çok safım.
vs

1
Tam kuantum hesaplama ve klasik arasındaki diğer bir ilginç kuantum model, DQC1 gibi kuantum uyumsuzluğuna dayalı modellerdir.
Marcos Villagra

5

Bu cevap Scott Aaronson'un cevabına ek olarak verilmiştir (bununla birlikte katılıyorum).

Mühendislik açısından bakıldığında, Dershowitz / Falkovich makalesinin "rastgele" kelimesini yalnızca "rastgele erişimli hafıza" anlamında kullanması ve ayrıca makalede "örnek" kelimesini (veya herhangi bir kelimesini kullanmaması) dikkat çekicidir. varyantları). Aksine, Dershowitz / Falkovic analizinin odağı sadece sayısal fonksiyonların hesaplanması ile sınırlıdır.

Bu sınırlama, çarpıcıdır çünkü modern STEM hesaplama kaynaklarının büyük çoğunluğu (söylemeye teşebbüs edeceğim), sayısal fonksiyonlara getirilen kısıtlamaya saygı göstermez, fakat dağılımlardan (örneğin moleküler dinamikler, türbülanslı akışkan akışı, kırılma yayılımı gibi örnekler üretmeye adanmıştır). klasik ve kuantum gürültülü döndürme sistemleri, rastgele ortamlardan yayılan dalgalar vb.).

Bu nedenle, "Genişletilmiş Kilise Turing Tezi" (ECT), STEM hesaplamalarında geniş bir şekilde tanımlanmışsa, belki de örnekleme içeren, sayısal fonksiyonlara münhasır kısıtlama getirilmeli ve ECT'nin genel bir ifadesi verilecekse, hesaplamalar (ve bunların doğrulanması ve doğrulanması).

ECT'nin bu örneklemesine genelleştirilmiş hali, geleneksel olarak tasarlandığı gibi hala TCS'nin kapsamına girer mi? Yanıt, görünüşte TCS Yığın Değişimi SSS bölümüne göre "evet" tir :

ACM Özel Algılama Grupları Algoritmalar ve Hesaplama Teorisi (SIGACT) açıklamasına atıfta bulunuyoruz ... TCS, olasılıksal hesaplama da dahil olmak üzere çok çeşitli konuları kapsar ... Bu alanda çalışma [TCS] genellikle matematiksel vurgusuyla ayırt edilir teknik ve titizlik.
Bu düşünceler, pratik STEM hesaplamaları ile ilgili olmak için, ECT'nin analizlerinin, açıkça örnekleme doğrulama ve doğrulama hususlarını içermesi gerektiğini ve ECT'nin bu genişlemesinin hem güzel matematiksel teoremlerle hem de ilişkili olabileceğini makul bir şekilde tahmin edebileceğimizi ortaya koymaktadır. fiziksel öngörüleri teşvik etmek.


0

Öncelikle, bazı kaynakların aksine, kesinlikle matematiksel bir aksiyom olarak veya en azından gerçeğinden şüphe edersek matematiksel bir teklif olarak anlaşılabileceğini iddia ediyorum . Çalışma dilimize, bir modelin makul olması amaçlanan hesaplama modellerinde tanımlanan yeni bir belirteç sembolü verin. Bu aslında Peano ve diğerlerinin karşılaştığı durumun aynısıdır: Onları içeren aksiyomları yazmadan önce bile sembolleri için amaçlanan bir anlamımız var. En azından onu aksiyomatize edene kadar, teorimiz ne anlama gelirse gelsin, yeni sembolün yorumlanması altında sağlam kalır çünkü kanıtlayabileceğimiz tek gerçek gerçekler tatolojilerdir. Makul olan makul, örneğin. Şimdi bir aksiyom ekle{ 0 , 1 , + , × } ECTTECTT{0,1,+,×}ECTT , bu , bir Turing makinesine polinom zaman çevirisi yapan modellerden tam olarak tatmin olduğunu söyler. Bir aksiyom olarak, teorimizin başlaması ile tutarlı olduğu sürece teorimizle çelişmek mümkün değildir, ancak teorimizin sağlamlığı yanlıştır: akla gelince, makul bir hesaplama modeli var. Polinom zaman çevirisine göre makineler. Bu varsayımsal keşifin makul olanın ne olduğunu düşünmemize neden olabileceği, bu yüzden resmi tarafı nasıl gördüğümü de içerebilir. Geçmişe bakıldığında önemsiz görünüyor ancak matematiği her şeyden ayırmanın önemli bir nokta olduğunu düşünüyorum.

Genel olarak, sağlam bir ilke ve aksiyom olarak . Ancak, tarafından iyi tanımlanmış çalışan bilgisayarlarımız var ve da bilinmeyen birincil bulma ve polinom kimlik testi gibi sorunlar var , bu nedenle bu neden ihlal etmiyor ? gerçekten ispatlayamazsak , bu arada, odağımızı e kaydırmak yerine , saklamaktan daha kötü olduğu gibi ve polinom kimliği sınamasının gerçekte biçiminde olduğunu söylemekBPP P ECTT P BPP BPP ECTT P ECTT P BQP ECTT ECTT BPP BQP PECTTBPPPECTTPBPPBPPECTTP. Bu yaklaşım ayrıca, faktoring gibi ilgilendiğimiz belirli problemleri izole etmemize izin verir. Bu, modelimizi bir kehanetle donatmaktan biraz farklı bir varsayımdır, çünkü modeli gerçekten değiştirmiyoruz, fakat etki aynı. Bu faydacı bakış açısına göre, , ayrılıkları ispatlayabilmemiz için yeterlidir. Biz çalışan kuantum bilgisayarı oluşturmak zorunda dışında durum, kuantum bilgisayar için aynıdır ve kanıtlamak gerçekten dışında rüzgar almak . Eğer kanıt olmadan sadece bir tane yaparsak, belki evren klasik bir bilgisayarda çalışan bir simülasyon veECTTPBQPECTTECTThala tutar, ya da bunu inşa etmeden kanıtlarsak, belki de makul bir model değildir. Argümanı gerçekten çok sıkı hale getirmek için, ve için ile ilgili olarak tamamlanmış sorunlara ihtiyacımız var , ancak nasıl çözeceğimizi bildiğimiz sorunları seçerek yapabiliriz.BPPBQPP

Örneğin, sayıları etkileyen ve çalışma zamanının belirli bir polinom sınırını karşıladığını belirten bir makine kurduğumu varsayalım. Makine bir kutu içindedir, bir kağıt kasette yazılı sayıyla beslenirsiniz ve faktörleri yazdırır. İşe yarayacağına şüphe yok, çünkü RSA zorluklarını kazanmak, şifreleme para birimini ele geçirmek, tercih ettiğiniz çok sayıda faktörü ele geçirmek için kullandım. Kutuda neler var? Yeni tür bir bilgisayar mı, yoksa yeni bir tür yazılım çalıştıran sıradan bir bilgisayar mı?

varsayarak, bunun bir yazılım olması gerektiğini veya en azından aynı görevin yazılım tarafından yerine getirilebileceğini söylüyoruz. Ve karmaşıklık sınıfı ayrımları kanıtlayarak kutuyu açıncaya kadar, bu varsayımda hiçbir genellik kaybedilmez. Bunun nedeni, makinenin çalışması bazı klasik olmayan ya da deterministik olmayan makul bir modelle açıklansa ve klasik deterministik olanla açıklanmasa bile, bu modellerin yorumunu kırmak için hala farklı olduklarını kanıtlamamız gerekir. ve teorimizi sağlam hale getirin.ECTTECTTECTT

'ye tamamen matematiksel bir yönden meydan okumak için , bir polinom zamanında bir problemi çözmek için bir makineye veya en azından makul bir fiziksel ilkeye ihtiyacımız olacak gibi görünüyor . uygulayan bir zaman makinesi bile , bir kanıtı olmadan yi yenecek kadar güçlü değildir. , bize bir tane üretmemize yardımcı olabilir.EXPTIME P CTC = PSPACE ECTT P PSPACEECTTEXPTIMEPCTC=PSPACEECTTPPSPACE

Açıklamak gerekirse, telefonunu bir solucan deliğinden geçirmiş olan Doktor, gigabayt uzunluğundaki resmi bir resmi kanıtı bulmak için kullandığı bir uygulama yaptı . Millenium Ödülünü kazandı ve aynı zamanda 'i de geçersiz kıldı , çünkü sonuç . Taahhüdü onun yerine bir kanıtını veya Riemann hipotezinin bir kanıtını bulursa , hala Ödül kazanır, ancak bu kadar - hayır ihlali. Bununla birlikte, Doktorun saldırmak için daha iyi bir araç gibi gözüküyorECTT P P CTC P = NP ECTT ECTTPNPECTTPPCTCP=NPECTTECTTNP3SATP

EXPTIMEECTTEXPTIMEPECTT

ECTTP=BPPECTTPBQP

ECTT{}. Zaten çözülmediyse, bunu bir aksiyom olarak kabul ederek ya da olumsuzluğunu ima eden ilk iki ifadeyi bir araya getirerek tutarlı bir kumar oynarız. Dolayısıyla, tutarlılığı koruyacağından emin olan bu fikirlerden herhangi birini bir araya getirme konusundaki tek seçeneğimiz, makul olanın ne anlama geldiğinin bir tanımı ile bu belirli modelin makul olduğuna dair bir açıklama arasındadır (ki bu tek başına, tanımı olmadan bize fazla bir şey vermez). birlikte çalışmak). Tabii ki, değiştirirsek ve yine de tutarlı olabiliriz.ECTT{}

ECTT


1020
Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.