量子迷宫计算机计算的不可计算的量子迷宫

我坚决解决激光问题。您是否正在遭受两极分化的社会和生活在贫困线以下的快速增长的人口的困扰？好吧，我有激光来解决您的所有问题。

好吧，也许不行。但是，在量子计算方面，我坚信激光是未来。我怀疑当前的架构类似于Colossus或ENIAC：它们本身就是突破，但不是未来。我公认的偏见是，未来是光明的。一篇新论文为我的观点提供了一些支持，展示了使用量子光学系统解决令人难以置信的10 30问题空间的解决方案。不幸的是，所提供的支持比我想的要有限得多，因为这是一个相当有限的突破。

研究人员已经证明了一种称为高斯玻色子采样系统的东西。从本质上讲，这是一种旨在解决单一类型问题的设备。它基于称为“光束分离器”的设备，因此，让我们开始仔细研究它们的工作原理。

如果您在反射率达50％的反射镜（称为分束器）上照射光线，则一半的光线将被透射而一半的光线将被反射。如果光强度足够低以至于仅存在单个光子，则该光将以与抛硬币相同的随机性被反射或透射。这就是分束器的原理，它可以从激光束中获取入射的光子流，并将其分成沿不同方向传播的两束光。

可以将45度的分束器视为四端口设备（参见图片）。在该图片中，您可以看到，如果两个相同的光子从两个不同的端口入射到同一个分束器上，则结果不是完全随机的。它们将退出相同的端口，尽管它们退出的端口是随机的。

这两个简单的想法，加上纠缠的想法，导致了一种特殊类型的通用量子计算机，称为线性光学量子计算机。它基本上是一个大型的分束器网络。光子通过它们在网络中扩散的方式来解决问题，这取决于它们的出射位置。

纠缠以光子所走路径的形式出现。直到并且除非我们测量该路径，否则我们将无法知道其细节，因此我们必须考虑所有光子采用所有可能的路径。在这种情况下，如果两个光子通过不同端口同时到达分束器，则它们的路径将被链接（纠缠）。建立一个足够大的分束器网络，这种情况可能会发生很多次，并产生庞大的纠缠态。

输出状态的数量随输入和分束器的数量而迅速扩展。在当前的演示中，研究人员使用了50个输入，并且-没有描述设备的确切类型-一个相当于300个分束器的芯片。可能的输出状态总数约为10 30，这比下一个最大的量子计算演示大约大14个数量级。

光子被发送到网络中（每个输入一个），并以从所有可能状态中随机选择的状态退出。在不到四分钟的时间内，研究人员获得了他们估计需要大约25亿年才能使用一台快速经典计算机进行计算的结果。

然后进行仔细的测试，以检查行为确实是量子的。现在，当然不可能计算出完整输入的确切输出。但是可以计算出给定特定输入状态会发生的情况，并将输出状态与这些计算结果进行比较。如果光不处于量子状态或光子不相同，也可以计算网络的输出。在第一种情况下，测量结果与预测匹配，在第二种情况下，测量结果与预测不匹配。这为量子效应导致的结果提供了有力的证据。

在许多方面，这是一个了不起的结果。我认为没有人能轻易辩称研究人员尚未证明量子加速。这也是一项令人难以置信的工程成就。一个激光器提供25个等强度的光束，每个光束与两个晶体仔细对准，每个晶体产生一个光子。然后将它们小心地对准光纤，必须将其输出小心地耦合到容纳分束器的芯片上。输出需要仔细对准光电探测器。整个装置可能占据大约1.5 x 2.5m的面积，必须仔细地稳定到高精度（大约10 nm）。毫无疑问，有几位杰出的博士生完成了所有艰苦的工作。

另一方面，这项工作与其他量子优势实验没有什么不同：采取一个几乎没有用的问题，但恰好恰好映射到您的计算机体系结构。自然，计算机可以解决它。但是，计算机的意义（这就是为什么研究人员不将设备称为计算机的原因）是为了解决许多不同的有用问题。对于这些情况，我们尚未看到有希望的量子优势的无可争议的证据。我毫不怀疑它将实现。

尽管这项工作并不像最初看起来的那样积极，但我仍然认为光量子计算机是必经之路。

目前，实用的量子计算机只有两种形式。甘草味的变种由一串离子（一个去除电子的原子）组成，它们像珍珠一样排列在一起。离子之间的距离足够远，可以单独寻址，这意味着可以存储信息（以量子位的形式称为量子位），也可以从单个原子中读取信息。可以使用微波并利用离子的运动来执行计算操作。在这里，每个位都是高度可靠的，但是执行复杂的计算却是微波脉冲和激光脉冲相当困难而庄严的跳动。

量子计算机的柠檬果子露是液氦冷却的超导环。每个环代表一个量子比特，它们通过导线寻址并相互耦合。这种方法的优点是硬件相对易于扩展-与制作印刷电路板基本相同。但是，每个量子位的量子行为更容易破坏，因此您的电路板不太可能工作。您可以通过重复多次计算并寻找最常见的答案来补偿可靠性问题。

除了量子计算即服务之外，这两种选择在任何情况下都没有特别有吸引力。

与这两种选择不同，光量子计算机可以是由大型激光二极管阵列供电的（大型）芯片级设备，并由一系列单光子探测器进行读取。这些都不要求超低温或真空（如果需要光子计数检测器，则需要液氮）。光学量子计算将需要温度稳定性，并且如本文所示，它需要一个相当复杂的反馈系统，以确保激光器完全按照要求工作。但是，所有这些都可以包含在一个大的机架安装盒中。对我来说，这就是光学系统的关键优势。

这并不意味着光会赢。毕竟，锗是比硅更好的半导体，但是硅仍然占据主导地位。