Computador quântico realiza em segundos um cálculo que levaria 600 milhões de anos

Por , em 6.12.2020

Um novo tipo de computação quântica chamada amostragem de bóson é capaz de cálculos que nenhum computador clássico poderia realizar em uma quantidade razoável de tempo. Esta é a segunda vez que este feito, conhecido como supremacia quântica, foi alcançado por um algoritmo quântico depois que o Google disse em 2019 que seu dispositivo Sycamore havia conseguido isso.

A amostragem de Boson é baseada em uma estranha propriedade quântica dos fótons — partículas de luz — que é exibida quando viajam através de um divisor de feixes, que divide um único feixe de luz em dois feixes que se propagam em direções diferentes. Se dois fótons idênticos atingirem o divisor de raios exatamente ao mesmo tempo, eles não se separam um do outro. Em vez disso, eles ficam juntos e ambos viajam na mesma direção, de acordo com a New Scientist.

Se você fotografar muitos fótons através de uma sequência de divisores de feixe muitas vezes e sequência, padrões que são extraordinariamente difíceis de simular ou prever com computadores clássicos começam a surgir nos caminhos dos fótons. 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 um com um propósito muito específico.

Uma equipe liderada por Jian-Wei Pan na Universidade de Ciência e Tecnologia da China construiu um dispositivo de amostragem de bóson chamado Jiuzhang usando pulsos lasers enviados para um labirinto de 300 divisores de feixes e 75 espelhos. Um amostrador de bóson perfeito teria uma fidelidade de 1 em muitos ensaios, o que significa que tem ma combinação completa com as previsões teóricas. Jiuzhang tinha uma fidelidade de 0,99.

Os pesquisadores calcularam que seria impossível simular amostragem de bósons com uma fidelidade tão alta em um computador clássico: o supercomputador japonês Fugaku, 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 fotônica de bóson, que muitas pessoas duvidavam, e que representa um caminho de hardware completamente diferente dos qubits supercondutores que o Google usou”, diz Scott Aaronson, da Universidade do Texas em Austin.

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

Mudar o mecanismo de amostragem de bóson para permitir que os pesquisadores pausassem o experimento, fizessem medições e redirecionem alguns dos fótons poderia permitir que ele fizesse diferentes tipos de cálculos, mas esse próximo passo será extraordinariamente difícil de alcançar. Até lá, pode haver pouco uso prático para amostragem de bóson.

“Não é óbvio se a amostragem de bóson tem alguma aplicação em si mesma, além de demonstrar a supremacia quântica”, diz Aaronson. No entanto, diz ele, pode ser útil em química quântica ou para gerar números aleatórios para criptografia. [New Scientist]

Referência da revista: Science, DOI: 10.1126/science.abe8770

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