Una computadora cuántica que mide la luz ha alcanzado la supremacía cuántica

Un nuevo tipo de computación cuántica llamado muestreo de bosones es capaz de realizar cálculos que ninguna computadora clásica podría realizar en un período de tiempo razonable.

Esta es la segunda vez que un algoritmo cuántico afirma lograr esta hazaña, conocida como supremacía cuántica, después de que Google hizo un reclamo de supremacía cuántica utilizando su dispositivo Sycamore en 2019.

El muestreo de bosones se basa en una extraña propiedad cuántica de los fotones, partículas de luz, que se muestran cuando viajan a través de un divisor de haz, que divide un solo haz de luz en dos haces que se propagan en diferentes direcciones.

Si dos fotones idénticos golpean el divisor de haz exactamente al mismo tiempo, no se separarán, sino que se mantendrán juntos y ambos viajarán en la misma dirección.

Si dispara muchos fotones a través de una secuencia de divisores de haz muchas veces seguidas, comienzan a surgir patrones en las trayectorias de los fotones que son extraordinariamente difíciles de simular o predecir con las computadoras clásicas.

Encontrar posibles conjuntos de rutas de fotones en esta configuración se denomina muestreo de bosones, y un dispositivo de muestreo de bosones es un tipo de computadora cuántica, aunque con un propósito muy limitado.

Un equipo dirigido por Jian-Wei Pan de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China construyó un dispositivo de muestreo de bosones llamado Jiuzhang utilizando pulsos de láser enviados a un laberinto de 300 divisores de haz y 75 espejos.

Un muestreador de bosones perfecto tendría una fidelidad de 1 en muchas pruebas, lo que significa que coincide completamente con las predicciones teóricas.

Jiuzhang tenía una fidelidad de 0,99.

Los investigadores calcularon que sería imposible simular el muestreo de bosones con una fidelidad tan alta en una computadora clásica:

La supercomputadora japonesa Fugaku, la computadora clásica más poderosa del mundo, tardaría 600 millones de años en lograr lo que Jiuzhang puede hacer en solo 200 segundos.

La cuarta supercomputadora más poderosa, Sunway TaihuLight, tardaría 2.500 millones de años.

“Demuestra que es factible llegar a la supremacía cuántica utilizando el muestreo de bosones fotónicos, que mucha gente había dudado, y que representa una ruta de hardware completamente diferente a la de los qubits superconductores que utilizó Google”, dice Scott Aaronson de la Universidad de Texas en Austin.

Si bien este es un logro impresionante, la supremacía cuántica solo significa que este dispositivo es mejor que las computadoras clásicas en una tarea extremadamente específica.

“No significa construir una computadora cuántica escalable, o una computadora cuántica universal, o una computadora cuántica útil“, dice Aaronson.

Existen diferencias notables entre los dos sistemas cuánticos.

El procesador Sycamore de Google utiliza circuitos cuánticos que incluyen metales superconductores que deben sobreenfriarse criogénicamente a temperaturas extremadamente bajas, fracciones de un grado por encima del cero absoluto.

El procesador del equipo chino, en cambio, manipula fotones individuales y no requiere sobreenfriamiento.

Eso introduce limitaciones: su tarea estaba integrada en sus propios circuitos, lo que significa que fue diseñado desde cero para realizar este cálculo en particular.

La computación cuántica está todavía en su infancia; los ingenieros aún tienen que idear un uso práctico. También son infamemente inestables y frágiles.

Cambiar el mecanismo de muestreo de bosones para permitir a los investigadores pausar el experimento, realizar mediciones y redirigir algunos de los fotones podría permitirle hacer más tipos de cálculos diferentes, pero ese próximo paso será extraordinariamente difícil de lograr.

Hasta entonces, puede que no haya mucho uso práctico para el muestreo de bosones.

“No es obvio si el muestreo de bosones tiene alguna aplicación en sí mismo, además de demostrar la supremacía cuántica“, dice Aaronson.

Sin embargo, dice, es posible que pueda ser útil en química cuántica o en la generación de números aleatorios para cifrado.

Fuentes: Futurism, New Scientist, Wired