Нова комп’ютерна система буде поєднувати в собі переваги класичних і квантових обчислень
Новий вид комп’ютерних систем працює на частинках-бозонів. Ці системи дуже нагадують квантові комп’ютери, принципи роботи яких кардинально відрізняється від традиційних комп’ютерів. Звичайні комп’ютери оперують даними, представленими як 1 і 0, які називаються бітами. Основою роботи квантових комп’ютерів є квантові біти, кубіти, які можуть мати значення, рівне відразу і 1 і 0, відоме як “суперпозиція”. Такий стан речей дозволяє за допомогою одного квантового біта робити одночасно два обчислення.
В принципі, завдяки своїм незвичайним можливостям, квантові комп’ютери можуть вирішувати певне коло завдань набагато швидше класичних комп’ютерів, завдяки тому, що вони можуть відразу розрахувати кожну можливу комбінацію. Квантовий комп’ютер з 300 кубітами може одночасно виконати таку кількість обчислень, яке можна порівняти з кількістю атомів у всьому Всесвіті. Однак, збереження і підтримку кубітів, що знаходяться в стані суперпозиції, є важким з технічної точки зору завданням, і це є основною причиною затримки появи надпотужних квантових суперкомп’ютерів вже сьогодні.
Тим не менш, різні наукові колективи продовжують працювати в напрямку квантових обчислень. І нещодавно, дві незалежні команди побудували новий вид обчислювального пристрою, який отримав назву комп’ютер на вибірках бозонів (boson-sampling computer), який для простоти в подальшому будемо називати бозон комп’ютером. Вчені описали це як міст між традиційними і квантовими обчислювальними системами, хоча новий комп’ютер щосили користується принципами квантової фізики. Незважаючи на те, що бозон комп’ютери будуть володіти меншою обчислювальною потужністю, ніж теоретичний верхня межа квантових комп’ютерів, вони будуть значно потужніше традиційних комп’ютерів при вирішенні задач певного класу.
В бозон комп’ютері не використовуються квантові біти, тому, “таку технологію створити набагато простіше, ніж побудувати повномасштабний і повнофункціональний квантовий комп’ютер” – розповів Метью Брум (Matthew Broome), вчений в галузі квантової фізики з університету Квінсленда в Австралії. Фактично, бозон комп’ютери є більш вузькоспеціалізованими видами квантових комп’ютерів, точніше, універсальних квантових комп’ютерів.
“Основна відмінність між бозон і універсальними квантовими комп’ютерами – це те, що бозон комп’ютери не можуть вирішити будь-яке завдання, яке “по зубах “квантовому комп’ютеру” – розповідає Метью Брум. – “Але той вузький ряд завдань, який підвладний бозон комп’ютеру, занадто важкий для вирішення на звичайних комп’ютерах, тому бозон комп’ютери можна розглядати як щось проміжне між звичайними і універсальними квантовими комп’ютерами”.
Бозон квантові комп’ютери працюють, використовуючи частинки-бозони. “У нашому випадку ми використовуємо фотони” – розповідає Аян Уолмслі (Ian Walmsley), фізик з Оксфордського університету, Англія. – “Фотони – це енергетичні пакети, з яких складається світ, і вони є одним з видів бозонів”.
Брум і Уолмслі працювали в різних групах, кожна з яких розробляла власний бозон-комп’ютер, який базується на поняттях, описаних теоретиком-програмістом Скоттом Аеронсоном (Scott Aaronson) з Массачусетського технологічного інституту. Ці комп’ютери складаються з безлічі різних пристроїв, що дозволяють виробляти єдині фотони, пов’язувати їх в єдину мережу, де вони взаємодіючи один з одним, роблять обчислювальні операції. А результат цих обчислень, закодований в характеристиках кінцевих фотонів, зчитується спеціальними чутливими датчиками.
Обчислювальні завдання, які здатний вирішувати бозон комп’ютер, вельми специфічні і лежать далеко за межами можливостей звичайних комп’ютерних систем. Продуктивність, обчислювальна потужність, бозон- комп’ютерів залежить від числа бозонів або фотонів, що беруть участь в процесі обчислень. Команда Брума створила комп’ютер, що оперує трьома фотонами, а команда Уолмслі – чотирма фотонами.
Оскільки область створення бозона комп’ютерів знаходиться ще в самому зародковому стані, ще важко навіть припустити, чи отримає подальше поширення дана технологія. Але, в будь-якому випадку, створення бозон комп’ютера демонструє той факт, що використання принципів квантової механіки в обчисленнях дозволить створити високопродуктивні комп’ютерні системи. А бозон комп’ютери, в яких над обчисленнями працюють по 20-30 фотонів одночасно, можуть мати таку обчислювальну потужність, в порівнянні з якою сумарна обчислювальна потужність всіх суперкомп’ютерів у світі буде здаватися дитячою іграшкою.