研究人员表示，一种新型机器在超越经典计算机的计算能力方面可以与量子计算机匹敌。
量子计算机依赖于原子和宇宙其他组成部分的奇异特性。在最小的层面上，世界是一个模糊的地方——在量子物理占主导地位的这个领域，事物似乎可以同时存在于两个地方，或者同时以相反的方向旋转。
新型计算机依赖于“玻色子”粒子，并且类似于量子计算机，它们在重要方面与传统计算机不同。普通计算机将数据表示为 1 和 0，即通过打开或关闭开关式晶体管来表达的二进制数字，称为比特。然而，量子计算机使用量子比特，或称量子位（发音为“cue-bits”），它可以同时处于打开和关闭状态，这种状态称为“叠加”。
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这使得机器可以同时进行两个计算。量子物理学允许这种行为，因为它允许粒子同时存在于两个地方或同时以相反的方向旋转。
原则上，量子计算机可以比经典计算机更快地解决某些问题，因为量子机器可以一次运行每种可能的组合。一个具有 300 个量子位的量子计算机可以在瞬间运行的计算量超过宇宙中的原子数。
然而，使量子位保持在叠加状态具有挑战性，并且随着涉及的量子位越来越多，问题也变得更加困难。因此，构建比经典计算机更强大的量子计算机已被证明非常困难。
不过，现在，两个独立的科学家团队已经构建了一种新型设备，称为玻色子采样计算机。这些机器被描述为经典计算机和量子计算机之间的桥梁，它们也利用了量子物理的奇异性质。尽管从理论上讲，玻色子采样计算机提供的功率不如量子计算机能够产生的功率，但在某些问题上，这些机器在原则上仍然应该优于经典计算机。
此外，玻色子采样计算机不需要量子位。因此，“与构建全面的量子计算机相比，它在技术上要简单得多，”澳大利亚昆士兰大学的量子物理学家马修·布鲁姆 (Matthew Broome) 说。
玻色子采样计算机实际上是一种特殊的量子计算机（更正式地称为通用量子计算机）。
“玻色子采样计算机和通用量子计算机之间的主要区别在于，玻色子采样量子计算机无法像通用量子计算机那样解决通用的问题集，”布鲁姆说。“但是，人们仍然推测它们能够解决对于经典计算机而言极其难以处理的问题。玻色子采样计算机是量子计算机的一种中间模型。”
玻色子采样计算机不是基于量子位，而是基于称为玻色子的粒子。“在我们的例子中，我们使用光子，”英国牛津大学的量子物理学家伊恩·沃尔姆斯利 (Ian Walmsley) 说。光子是构成光线的能量包，是玻色子的一种。
布鲁姆和沃尔姆斯利分别在不同的团队中设计了一种玻色子采样计算机，其基础是麻省理工学院的理论计算机科学家斯科特·阿伦森 (Scott Aaronson) 最初描述的概念。这些计算机涉及多个设备，每个设备都可以生成单个光子。光子被插入一个网络中，它们可以在其中相互作用。它们从配备传感器的输出端出现，以分析粒子。
计算这些光子将从哪个输出端出现（一种称为玻色子采样的操作）的任务，随着涉及的光子越来越多，远远超出了经典计算机的能力范围。新型计算机准确地解决了光子将采取的路径——布鲁姆和他的同事的机器中有三个光子，而沃尔姆斯利和他的合作者的设备中有四个光子。
由于玻色子采样计算仍处于起步阶段，因此尚不确定这些计算机是否可以解决玻色子采样以外的问题。尽管如此，这项研究表明，基于量子物理的计算机确实可以解决经典计算机无法解决的问题。
此前，没有什么能说明“你在量子计算机上可以做的任何事情都无法在普通计算机上完成，这让人质疑量子计算机的必要性，”布鲁姆说。“现在，有了玻色子采样，我们正在开发基于量子物理的机器，这些机器可以攻击人们认为经典计算机难以处理的问题。”
未来，“将这些计算机推向更多光子以解决在普通计算机上难以模拟的问题将会很棒，”研究合著者沃尔姆斯利补充说。使用大约 20 到 30 个光子将是经典计算机无法解决的问题。
两个研究团队于 12 月 20 日在《科学》杂志上在线详细介绍了他们的发现。
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