Traducido por el equipo de SOTT.net en español

Un nuevo tipo de computación cuántica llamado muestreo de bosones es capaz de realizar cálculos que ningún ordenador "clásico" podría llevar a cabo en un tiempo razonable. Esta es la segunda vez que esta hazaña, conocida como supremacía cuántica, ha sido reclamada para un algoritmo cuántico después de que Google dijera en 2019 que su dispositivo Sycamore había logrado esto.
Lasers
© IM_VISUALS/Shutterstock
Los láseres se usan en un nuevo tipo de computación cuántica llamado muestreo de bosones
El muestreo de bosones se basa en una extraña propiedad cuántica de los fotones - partículas de luz - que se muestra cuando viajan a través de un divisor de rayos, que divide un solo rayo de luz en dos rayos que se propagan en diferentes direcciones. Si dos fotones idénticos golpean el divisor de rayos exactamente al mismo tiempo, no se separan el uno del otro. En su lugar, se quedan juntos y ambos viajan en la misma dirección.

Si disparas muchos fotones a través de una secuencia de divisores de rayos 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 trayectorias 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 concreto.

Un equipo dirigido por Jian-Wei Pan en la Universidad de Ciencia y Tecnología de China construyó un dispositivo de muestreo de bosones llamado Jiuzhang utilizando pulsos láser enviados a un laberinto de 300 divisores de rayos y 75 espejos. Un perfecto muestreador de bosones 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 sólo 200 segundos. La cuarta supercomputadora más poderosa, la Sunway TaihuLight, tardaría 2.500 millones de años.
"Demuestra que es factible llegar a la supremacía cuántica utilizando el muestreo de bosones fotónicos, cuestión de la que muchas personas habían dudado, y que representa un camino de hardware completamente diferente al de los qubits superconductores que usaba Google", dice Scott Aaronson de la Universidad de Texas en Austin.
Aun siendo un logro impresionante, la supremacía cuántica sólo significa que este dispositivo es mejor que las computadoras clásicas en una tarea extremadamente específica. "No significa construir un ordenador cuántico escalable, o un ordenador cuántico universal, o un ordenador cuántico útil", dice Aaronson.

Cambiar el mecanismo de muestreo de bosones para permitir a los investigadores detener el experimento, hacer mediciones y redirigir algunos de los fotones podría permitirle hacer diferentes tipos de cálculos, pero ese próximo paso será extraordinariamente difícil de lograr. Hasta entonces, podría haber poco uso práctico para el muestreo de bosones.

"No es obvio que el muestreo de bosones tenga alguna aplicación en sí mismo además de demostrar la supremacía cuántica", dice Aaronson. Sin embargo, dice, podría ser útil en la química cuántica o para generar números aleatorios para usar en encriptado de datos.

Referencia de la revista: Science, DOI: 10.1126/science.abe8770