玻色子取樣提供量子計算捷徑
- 上線日期：2013/2/8 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
成熟的量子電腦科技可能尚需數十年的研發時間，不過最近有四個獨立的研究團隊分別提出類似的量子計算(quantum computing)裝置，他們所打造的光電裝置不僅相對簡單，並且能完成傳統電腦難以處理的特定計算。
量子電腦處理的是量子位元(qubit)能同時存在於兩種狀態中，因此處理速度原則上比傳統電腦快多了，尤其是能對大數進行快速質因數分解，因而能破解傳統電腦無法破解的密碼。不過，量子電腦的發展面臨許多技術挑戰，目前進行質因數分解的數字仍相當小(譬如21)。
有些物理學家認為一種名為「玻色子取樣機」(Boson sampling machine)的裝置能提供通往高速量子計算的捷徑。不同於量子電腦，玻色子取樣裝置僅執行一種固定任務，它是由分光鏡組成的網路，能將抵達平行輸入埠的一組光子轉換成由平行輸出埠離開的第二組光子，玻色子取樣便是用來計算光子輸入輸出組態之間對應的機率。
2011年麻省理工學院的Scott Aaronson和 Alex Arkhipov提出此機率的計算量隨著輸入光子數與輸出/輸入埠數量成指數成長，因此難用一般電腦進行模擬。這是因為光子屬於玻色子(boson)，任意數量的玻色子能處於同一量子態。當兩顆光子同時抵達分光鏡時，它們從此會依循相同路徑行進。MIT團隊發現，要預測輸出端的結果必須計算一系列的「積和式」(permanent)，這是一種類似矩陣行列式的是，但計算上困難許多。
最近，牛津大學與南安普敦(Southampton)大學的Ian Walmsley研究團隊、昆士蘭(Queensland)大學Andrew White所領導的澳美團隊(以上團隊論文發表於Science)，以及奧地利/德國與義大利/巴西研究團隊(研究結果發表於arXiv網站)以實驗證實了Aaronson的理論。他們將三至四顆光子注入輸入埠，並記錄光子由哪些輸出端離開，不斷重複此過程便能獲得輸出組態的分佈機率。把實驗結果與矩陣積和式所計算之機率作比較，研究團隊發現數據相當吻合。
Walmsley認為當前的目標應為提升此色子取樣技術到能同時處理30顆光子，即電腦計算能力的公認極限。下一個階段則是同時處理100顆光子，使玻色子取樣量子電腦遠超越一般電腦，然而前題是須確認所有的注入光子皆相同、光子同時抵達分光鏡，以及光子探測器能獲取足夠資料。White同意此看法，並且表示十年內應可望達成此目標。詳見Science10.1126/science.1231692、Science10.1126/science.1231440、arXiv:1212.2783與arXiv:1212.2240。
原始網站: http://physicsworld.com/cws/article/news/2013/jan/08/boson-sampling-offers-shortcut-to-quantum-computing
譯者:Yann-Bor Chen (Texas A&M University-Commerce)
責任編輯:劉家銘
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