研究人員表示，一種新型機器在超越經典計算機的計算能力方面可以與量子計算機匹敵。
量子計算機依賴於原子和宇宙其他組成部分的奇異特性。在最小的層面上，世界是一個模糊的地方——在量子物理占主導地位的這個領域，事物似乎可以同時存在於兩個地方，或者同時以相反的方向旋轉。
新型計算機依賴於“玻色子”粒子，並且類似於量子計算機，它們在重要方面與傳統計算機不同。普通計算機將資料表示為 1 和 0，即透過開啟或關閉開關式電晶體來表達的二進位制數字，稱為位元。然而，量子計算機使用量子位元，或稱量子位（發音為“cue-bits”），它可以同時處於開啟和關閉狀態，這種狀態稱為“疊加”。
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這使得機器可以同時進行兩個計算。量子物理學允許這種行為，因為它允許粒子同時存在於兩個地方或同時以相反的方向旋轉。
原則上，量子計算機可以比經典計算機更快地解決某些問題，因為量子機器可以一次執行每種可能的組合。一個具有 300 個量子位的量子計算機可以在瞬間執行的計算量超過宇宙中的原子數。
然而，使量子位保持在疊加狀態具有挑戰性，並且隨著涉及的量子位越來越多，問題也變得更加困難。因此，構建比經典計算機更強大的量子計算機已被證明非常困難。
不過，現在，兩個獨立的科學家團隊已經構建了一種新型裝置，稱為玻色子取樣計算機。這些機器被描述為經典計算機和量子計算機之間的橋樑，它們也利用了量子物理的奇異性質。儘管從理論上講，玻色子取樣計算機提供的功率不如量子計算機能夠產生的功率，但在某些問題上，這些機器在原則上仍然應該優於經典計算機。
此外，玻色子取樣計算機不需要量子位。因此，“與構建全面的量子計算機相比，它在技術上要簡單得多，”澳大利亞昆士蘭大學的量子物理學家馬修·布魯姆 (Matthew Broome) 說。
玻色子取樣計算機實際上是一種特殊的量子計算機（更正式地稱為通用量子計算機）。
“玻色子取樣計算機和通用量子計算機之間的主要區別在於，玻色子取樣量子計算機無法像通用量子計算機那樣解決通用的問題集，”布魯姆說。“但是，人們仍然推測它們能夠解決對於經典計算機而言極其難以處理的問題。玻色子取樣計算機是量子計算機的一種中間模型。”
玻色子取樣計算機不是基於量子位，而是基於稱為玻色子的粒子。“在我們的例子中，我們使用光子，”英國牛津大學的量子物理學家伊恩·沃爾姆斯利 (Ian Walmsley) 說。光子是構成光線的能量包，是玻色子的一種。
布魯姆和沃爾姆斯利分別在不同的團隊中設計了一種玻色子取樣計算機，其基礎是麻省理工學院的理論計算機科學家斯科特·阿倫森 (Scott Aaronson) 最初描述的概念。這些計算機涉及多個裝置，每個裝置都可以生成單個光子。光子被插入一個網路中，它們可以在其中相互作用。它們從配備感測器的輸出端出現，以分析粒子。
計算這些光子將從哪個輸出端出現（一種稱為玻色子取樣的操作）的任務，隨著涉及的光子越來越多，遠遠超出了經典計算機的能力範圍。新型計算機準確地解決了光子將採取的路徑——布魯姆和他的同事的機器中有三個光子，而沃爾姆斯利和他的合作者的裝置中有四個光子。
由於玻色子取樣計算仍處於起步階段，因此尚不確定這些計算機是否可以解決玻色子取樣以外的問題。儘管如此，這項研究表明，基於量子物理的計算機確實可以解決經典計算機無法解決的問題。
此前，沒有什麼能說明“你在量子計算機上可以做的任何事情都無法在普通計算機上完成，這讓人質疑量子計算機的必要性，”布魯姆說。“現在，有了玻色子取樣，我們正在開發基於量子物理的機器，這些機器可以攻擊人們認為經典計算機難以處理的問題。”
未來，“將這些計算機推向更多光子以解決在普通計算機上難以模擬的問題將會很棒，”研究合著者沃爾姆斯利補充說。使用大約 20 到 30 個光子將是經典計算機無法解決的問題。
兩個研究團隊於 12 月 20 日在《科學》雜誌上線上詳細介紹了他們的發現。
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