Бозонные сэмплеры — новый подход к созданию квантовых компьютеров

Несмотря на огромное количество исследований в этом направлении, квантовый компьютер общего назначения, по-прежнему далек от практической реализации. В этой ситуации ряд ученых, и в том числе Скотт Ааронсон (Scott Aaronson) из Массачусетского технологического института, считают более оправданным в ближайшей перспективе создание квантовых вычислительных устройств, предназначенных для решения какой-либо одной задачи.

По мнению Ааронсона, в частности, вполне осуществимой кажется идея реализации построенной на квантовых принципах доски Гальтона — механического устройства, изобретенного в 1873 г. британским математиком Френсисом Гальтоном для демонстрации центральной предельной теоремы.

В квантовой версии доски Гальтона — бозонном сэмплере — вместо деревянных шариков и штырьков используются фотоны — частицы, относящиеся к семейству бозонов (отсюда и название). Когда шарик попадает на штырек, он может упасть слева или справа от него, аналогично, встречающиеся в сэмплере фотоны должны вместе уйти налево или направо.

На данный момент уже несколько коллективов добились успеха в экспериментах с бозонными сэмплерами. Полученные результаты опубликованы в журнале Science и на сервере arXiv.

Так, одна команда, под руководством Джастина Спринга (Justin Spring) построила 4-фотонный сэмплер на чипе, способный вычислять перманент матрицы быстрее, чем любой традиционный компьютер. Другая, возглавляемая Мэттью Брумом (Matthew Broome), экспериментировала с пропусканием трех фотонов через лабиринт, представляемый 9-узловой оптической цепью.

Масштабировать такие устройства, наращивая количество фотонов значительно проще, чем создавать универсальный квантовый компьютер. Теоретически, делая сэмплеры все более сложными, увеличивая число способов манипулирования фотонами, в итоге можно получить компьютер, пригодный для любых приложений. Осуществимо ли это на практике — еще предстоит узнать.