Language
Country/Area
No result found
Почему бозонную выборку считают следующим прорывом в квантовых вычислениях?
Находясь на переднем крае квантовых вычислений, модель бозонной выборки привлекла всеобщее внимание. Эта концепция была предложена Скоттом Ааронсоном и Алексом Архиповым для изучения использования бозонного рассеяния для вычисления постоянного ожидаемого значения матрицы. Модель генерирует образцы распределения вероятностей путем выборки рассеяния одного и того же бозона с использованием линейного интерферометра. В частности, фотонная версия считается наиболее перспективной платформой для реализации устройств бозонной выборки, поэтому ее рассматривают как неуниверсальный подход к линейным оптическим квантовым вычислениям.
Хотя метод бозонной выборки не универсален, считается, что он способен выполнять многие задачи, которые трудно выполнить с помощью современных обычных компьютеров.
Для установки отбора бозонов требуются три основных компонента: надежный источник одиночных фотонов, линейный интерферометр и эффективный детектор для подсчета одиночных фотонов. Сочетание этих компонентов позволяет избежать использования остаточных кубитов, адаптивных измерений и операций запутывания, что значительно сокращает требуемые физические ресурсы. Это делает бозонную выборку наглядной моделью для квантовых вычислений, которые можно реализовать в ближайшем будущем.
Текущие исследования показывают, что метод бозонной выборки, реализуемый с помощью фотонов, имеет преимущества перед традиционными компьютерами при решении некоторых сложных задач, особенно когда речь идет о «постоянных» вычислениях.
Технически, результат бозонной выборки требует введения M неразличимых одиночных фотонов (N>M) в N различных мод, а затем измерения этих фотонов на выходе. Так называемое распределение вероятностей получается путем перераспределения фотонов через линейный оптический интерферометр. В этом случае использование концепции «постоянства» для описания распределения вероятностей фотонов, измеренных на выходе, как раз и является одной из трудностей, с которыми в настоящее время сталкиваются при использовании традиционных компьютеров.
Вычисление «постоянства» — чрезвычайно сложная задача, относящаяся к категории сложности #P-hard.
Даже для приблизительных расчетов эта проблема очень сложна. По мере углубления исследований вычислительная сложность, подразумеваемая Boson Sampling, привлекла большое внимание со стороны теоретиков-компьютерщиков. Если бы можно было эффективно смоделировать бозонную выборку, это означало бы крах полиномиальной иерархии, что в сообществе компьютерных наук считается крайне маловероятным.
Еще одним важным преимуществом метода бозонной выборки является то, что для выполнения вычислительных задач требуется гораздо меньше ресурсов, чем для полноценных линейных оптических квантовых вычислительных схем. Это преимущество делает метод бозонной выборки идеальным кандидатом для демонстрации возможностей квантовых вычислений в ближайшем будущем.
При наличии подходящей линейной оптической установки метод Boson Sampling может выполнять ряд сложных вычислительных задач, не требуя чрезмерных инвестиций в оборудование.
Многие пионеры квантовых вычислений уже работают над тем, чтобы сделать выборку бозонов реальностью, что станет ключевым шагом на пути к дальнейшему развитию квантовых технологий. С развитием технологий, оптимизацией алгоритмов и совершенствованием аппаратного обеспечения метод бозонной выборки может стать мостом, соединяющим квантовую теорию и практические приложения.
В этой быстро развивающейся области бозонная выборка не только является технологическим прорывом, но и может изменить наше фундаментальное понимание вычислений и обработки информации. Смогут ли эти достижения в будущем квантовых вычислений изменить границы известных нам вычислений?
