Новый тип квантовых вычислений, называемый выборкой бозонов, способен производить вычисления, которые ни один классический компьютер не смог бы выполнить за какое-нибудь разумное время. Это уже второй раз, когда этот подвиг, известный как квантовое превосходство, был заявлен для квантового алгоритма после того, как Google заявила в 2019 году, что ее устройство Sycamore достигло этого.
Выборка бозонов основана на странном квантовом свойстве фотонов – частиц света, которое проявляется, когда они проходят через светоделитель, который делит один луч света на два луча, распространяющихся в разных направлениях. Если два одинаковых фотона попадают в делитель пучка в одно и то же время, они не отделяются друг от друга. Вместо этого они держатся вместе и оба движутся в одном направлении.
Если вы снимаете много фотонов через последовательность расщепителей пучка много раз подряд, на траекториях фотонов начинают появляться паттерны, которые чрезвычайно трудно смоделировать или предсказать с помощью классических компьютеров. Поиск возможных наборов траекторий фотонов в этой установке называется выборкой бозонов, а устройство выборки бозонов-это тип квантового компьютера, хотя и с очень узкой целью.
Команда под руководством Цзянь-Вэй Пана из Университета науки и техники Китая построила устройство для отбора проб бозонов под названием Цзючжан, используя лазерные импульсы, посылаемые в лабиринт из 300 разветвителей Пучков и 75 зеркал. Идеальный образец бозона будет иметь точность 1 во многих испытаниях, что означает, он полностью соответствует теоретическим предсказаниям. Точность цзючжана составляла 0,99.
Исследователи подсчитали, что было бы невозможно смоделировать выборку бозонов с такой высокой точностью на классическом компьютере: японскому суперкомпьютеру Fugaku, самому мощному классическому компьютеру в мире, потребовалось бы 600 миллионов лет, чтобы выполнить то, что Цзючжан может сделать всего за 200 секунд. На создание четвертого по мощности суперкомпьютера, Sunway TaihuLight, потребуется 2,5 миллиарда лет.
” Это показывает, что можно достичь квантового превосходства, используя выборку фотонных бозонов, в которой многие сомневались, и которая представляет собой совершенно другой аппаратный путь, чем сверхпроводящие кубиты, используемые Google", - говорит Скотт Ааронсон из Техасского университета в Остине.
Хотя это впечатляющее достижение, квантовое превосходство означает только то, что это устройство лучше классических компьютеров в одной чрезвычайно специфической задаче. “Это не означает создание масштабируемого квантового компьютера, или универсального квантового компьютера, или полезного квантового компьютера”, - говорит Ааронсон.
Изменение механизма отбора проб бозонов, чтобы позволить исследователям приостановить эксперимент , сделать измерения и перенаправить некоторые из фотонов, может позволить ему выполнять различные типы вычислений, но этот следующий шаг будет чрезвычайно трудным для достижения. До тех пор, возможно, будет мало практического применения для выборки бозонов.
“Не очевидно, имеет ли бозонная выборка какие-либо приложения сама по себе, кроме демонстрации квантового превосходства”, - говорит Ааронсон. Однако, по его словам, это может быть полезно в квантовой химии или для генерации случайных чисел для шифрования.