Limits and possibilities of quantum computational complexity

Authors

  • Reinaldo Augusto de Oliveira Ramos Pontifícia Universidade Católica de São Paulo
  • Fabiana Raulino da Silva Pontifícia Universidade Católica de São Paulo
  • Rafael Diogo Rossetti Pontifícia Universidade Católica de São Paulo

DOI:

https://doi.org/10.23925/1984-3585.2024i2930p108-130

Keywords:

quantum computing, computational complexity, P and BQP classes, quantum algorithms, hybrid paradigm

Abstract

This paper explores the impact of quantum computing on computational complexity theory, with a focus on the classes P e BQP, examining how quantum paradigms challenge classical problem categorizations. By analyzing Shor’s and Grover’s algorithms, the study discusses how these quantum algorithms expand the scope of solvable problems, previously considered intractable within polynomial time for classical systems. The analysis provides a historical review of complexity classes, covering the emergence and significance of classes P and NP and the importance of quantum algorithms for traditionally intractable problems. Additionally, the article addresses the introduction of hybrid theories that integrate classical and quantum methods, such as the Variational Quantum Eigensolver (VQE) and Quantum Annealing, highlighting the efficiency of these approaches in solving complex optimization problems. Discussions on probabilistic classes BPP and PP are also central to understanding the role of probability in quantum algorithms, an intrinsic feature of the quantum computing model. The study is justified by the ongoing need to reevaluate the foundations of complexity theory considering quantum advancements, which redefine theoretical and practical boundaries. While quantum computing still faces challenges, such as qubit stability, hybrid paradigm proposals offer promising paths to address high-complexity problems, signaling a transition toward a mixed computational era with the potential to revolutionize problem-solving in the 21st century.

Author Biographies

Reinaldo Augusto de Oliveira Ramos, Pontifícia Universidade Católica de São Paulo

É aluno do pós-doutorado, Doutor e Mestre em Tecnologias da Inteligência e Design Digital pela PUC-SP. Especialista em Jogos Digitais pelo SENAC SP. Desenvolvedor Sênior na empresa inglesa Anything World e vice coordenador do Bacharelado em Jogos Digitais da PUC SP. É professor de Jogos Digitais e Data Analytics na ESPM. Orcid: https://orcid.org/0000-0002-8150-6163. E-mail: raoramos@pucsp.br.

Fabiana Raulino da Silva, Pontifícia Universidade Católica de São Paulo

Fabiana Raulino é doutoranda em Tecnologias da Inteligência e Design Digital pela PUC-SP, com mestrado em Engenharia de Produção pela UFSCAR e especialização em Ergonomia de Sistemas de Produção pela USP. Atua como professora de Inteligência Artificial na Pós-graduação em Animação e Jogos Digitais pela FAAP Digital e professora do MBA Executivo em Inteligência Artificial da Faculdade XP. Orcid: https://orcid.org/0000-0002-8150-6163. E-mail: fabi.ergonomia@gmail.com e fabianaraulino@trampolean.net.

Rafael Diogo Rossetti, Pontifícia Universidade Católica de São Paulo

Rafael Diogo Rossetti é doutorando em Tecnologias das Inteligências do Design Digital pela PUC SP, com Mestrado em Negócios Internacionais (UCES) e Mestrado Profissional em Desenvolvimento de Jogos (PUC SP). Graduado em Marketing e Desenvolvimento de Jogos, ele também conta com cursos de aperfeiçoamento em instituições renomadas como Israel, MIT, FGV, ESPM e Saint Paul School. Sócio-fundador da Messier Data & Creative Ltda, Rafael é Diretor de Ciência e Tecnologia da Associação dos Diplomados da Escola Superior de Guerra – SP, além de Vice-líder de Pesquisa da Marinha e professor universitário. Orcid: https://orcid.org/0009-0007-5263-0636. E-mail: rossetti@messier.com.br.

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Published

2025-03-19

How to Cite

Ramos, R. A. de O., Silva, F. R. da, & Rossetti, R. D. (2025). Limits and possibilities of quantum computational complexity. TECCOGS: Revista Digital De Tecnologias Cognitivas, (29-30), 108–130. https://doi.org/10.23925/1984-3585.2024i2930p108-130