Um computador quântico que mede a luz alcançou a supremacia quântica

Lasers

Lasers são usados ​​em um novo tipo de computação quântica chamada amostragem de bóson

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Um novo tipo de computação quântica chamada amostragem de bóson é capaz de fazer cálculos que nenhum computador clássico poderia realizar em um período de tempo razoável. Esta é a segunda vez que esse feito, conhecido como supremacia quântica, foi reivindicado para um algoritmo quântico depois que o Google disse em 2019 que seu dispositivo Sycamore tinha conseguido isso.

A amostragem do bóson depende de uma estranha propriedade quântica dos fótons – partículas de luz – que é exibida quando eles viajam através de um divisor de feixe, que divide um único feixe de luz em dois feixes que se propagam em direções diferentes. Se dois fótons idênticos atingirem o divisor de feixe exatamente ao mesmo tempo, eles não se separarão. Em vez disso, eles ficam juntos e ambos viajam na mesma direção.

Se você disparar muitos fótons através de uma sequência de divisores de feixe muitas vezes seguidas, padrões começam a surgir nos caminhos dos fótons que são extraordinariamente difíceis de simular ou prever com computadores clássicos. Encontrar possíveis conjuntos de caminhos de fótons nesta configuração é chamado de amostragem de bóson, e um dispositivo de amostragem de bóson é um tipo de computador quântico, embora tenha um propósito muito restrito.

Uma equipe liderada por Jian-Wei Pan da Universidade de Ciência e Tecnologia da China construiu um dispositivo de amostragem de bóson chamado Jiuzhang usando pulsos de laser enviados a um labirinto de 300 divisores de feixe e 75 espelhos. Um amostrador de bóson perfeito teria uma fidelidade de 1 em muitas tentativas, o que significa que corresponde completamente às previsões teóricas. Jiuzhang teve uma fidelidade de 0,99.

Os pesquisadores calcularam que seria impossível simular a amostragem de bósons com tamanha fidelidade em um computador clássico: o supercomputador Fugaku japonês, o computador clássico mais poderoso do mundo, levaria 600 milhões de anos para realizar o que Jiuzhang pode fazer em apenas 200 segundos. O quarto supercomputador mais poderoso, o Sunway TaihuLight, levaria 2,5 bilhões de anos.

“Isso mostra que é viável chegar à supremacia quântica usando amostragem de bóson fotônico, que muitas pessoas duvidavam, e que representa um caminho de hardware completamente diferente do que os qubits supercondutores usados ​​pelo Google”, diz Scott Aaronson, da Universidade do Texas em Austin.

Embora seja uma conquista impressionante, a supremacia quântica significa apenas que este dispositivo é melhor do que os computadores clássicos em uma tarefa extremamente específica. “Isso não significa construir um computador quântico escalável, ou um computador quântico universal, ou um computador quântico útil”, diz Aaronson.

Mudar o mecanismo de amostragem do bóson para permitir que os pesquisadores pausem o experimento, façam medições e redirecionem alguns dos fótons pode permitir que ele faça diferentes tipos de cálculos, mas a próxima etapa será extraordinariamente difícil de alcançar. Até então, pode haver pouco uso prático para a amostragem de bóson.

“Não é óbvio se a amostragem de bósons tem alguma aplicação por si só, além de demonstrar a supremacia quântica”, diz Aaronson. No entanto, diz ele, pode ser útil na química quântica ou para gerar números aleatórios para criptografia.

Referência do jornal: Ciência, DOI: 10.1126 / science.abe8770

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