Бозоновые компьютеры: квантовая физика без кубитов

Компьютеры нового типа по мощности превысят классические и смогут соперничать с квантовыми. Они основаны на бозонах и схожи с квантовыми компьютерами, отличающимися от традиционных несколькими важными свойствами. В обычных компьютерах данные представлены как нули и единицы, выражающихся во включенном и выключенном состоянии транзистора. Квантовые компьютеры используют квантовые биты, или кубиты, которые могут находиться также в суперпозиции включенного и выключенного состояний. Эта особенность делает квантовые компьютеры способными к параллельным вычислениям на физическом уровне, благодаря чему они могут решать конкретные задачи значительно быстрее. В теории квантовый компьютер с 300 кубитами может одновременно производить больше вычислений, чем есть атомов во Вселенной.

Но сохранение кубитов в суперпозиции – довольно сложная задача; и она становится тем сложнее, чем больше кубитов вовлечено в вычисления. Из-за этого создание квантового компьютера мощнее обычного на практике должно быть чрезвычайно сложным.

Недавно две независимые группы ученых создали новый тип устройства, который можно назвать бозоновым компьютером. Его называют мостом между классическими и квантовыми компьютерами. Такие машины тоже используют необычную природу квантовой физики, но не нуждаются в кубитах. Таким образом, "технологически их значительно проще создать, чем полноценные квантовые компьютеры", – говорит Мэтью Брум, квантовый физик из Университета Квинсленда (Австралия). Хотя бозоновые компьютеры теоретически способны достигать меньших мощностей, чем квантовые, они все же должны превосходить классические по производительности. Вместо кубитов они используют особый вид частиц, известный как бозоны. "В данном случае мы использовали фотоны", – говорит Ян Уэлмсли, квантовый физик из Оксфордского университета (Англия).

Брум и Уэлмсли работали в двух разных группах, независимо разработавших бозоновый компьютер на основе концепции, впервые описанной Скоттом Ааронсоном из Массачусетского Технологического Института (США). Компьютер состоит из нескольких устройств, каждое из которых создает отдельные фотоны. Затем фотоны поступают в общую сеть, где взаимно влияют друг на друга. Выводы из этой сети оборудованы сенсорами, анализирующими частицы. Расчет того, на какой вывод поступят эти фотоны, – операция, называемая отбором бозонов, – выходит за пределы классической компьютерной науки тем дальше, чем больше фотонов участвует в процессе. В компьютере, который разработали Брум с коллегами, задействовано три фотона; в компьютере Уэлмсли и его соавторов – четыре.