Cómo supera una computadora cuántica a una computadora clásica
Diagrama esquématico del dispositivo de muestreo de bosones. (crédito: A. P. Lund et al./PRL)
La primera prueba en donde sería evidente el funcionamiento superior de una computadora cuántica sobre una clásica es en el algoritmo conocido como “muestreo de bosón”, recientemente desarrollado por investigadores del MIT.
El muestreo de bosones utiliza fotones individuales y circuitos ópticos para tomar muestras de una distribución probabilística exponencialmente grande, que se ha demostrado ser extremadamente difícil calcular para las computadoras clásicas.
La clave: cómo generar las docenas de fotones individuales requeridos para ejecutar el algoritmo.
Recientemente, investigadores del Centro de Cuántica Fotónica (CQP por sus siglas en inglés) de la Universidad de Bristol con colaboradores de la Universidad de Queensland y del Imperial College London, dicen haber descubierto como hacerlo.
“Nos dimos cuenta que podíamos unir muchas fuentes estándar de dos-fotones de manera tal que incrementara dramáticamente la cantidad de fotones generados”, dijo Anthony Laing, del CQP.
Fuentes de fotones individuales
El autor Austin Lund, de la Universidad de Queensland, explicó que “hemos demostrado que una variante del problema de muestreo de bosón puede ser implementado utilizando fuentes de fotones de conversión parámetrica (Spontaneous parametric down conversion)”.
“Estas son fuentes de fotones que pueden ser consideradas como pares distinguibles de fotones. Por lo general, los experimentos medirán uno de estos fotones que luego anunciará la presencia del fotón acompañante”.
“Aunque puede ser una buena fuente de fotones de alta calidad, es un infortunio que sea necesariamente probabilístico con la probabilidad cayendo exponencialmente en la cantidad de fotones deseados”.
“Desde la realización del algoritmo de muestreo de bosón original en el 2010, se ha generado gran interés en la comunidad de computación cuántica para comprender qué aspecto particular de la mecánica cuántica podría mejorar el poder de cálculo de este algoritmo en particular”.
“También ha existido interés en la comunidad de óptica cuántica debido a la naturaleza simple de este algotirmo para implementar las interacciones requeridas entre fotones. Ciertamente se han logrado implementaciones de muestreo de bosón de muy pequeña escala. Nuestro trabajo se une a estos esfuerzos al permitir, potencialmente, un camino más simple hacia implementaciones de gran escala que puedan poner a prueba los límites de la computación clásica para simular este problema”.
Lund indicó que la principal atención del equipo de trabajo está en “empujar más allá los límites de la ciencia y lo que pueda lograr. Es muy difícil hacer estimados de tiempo ya que generalmente se depende de otros factores, la mayoría fuera del control de los científicos.”
“El reto mayor es alcanzar la escala requerida, por ejemplo, docenas de fotones en cientos de rutas. Hay gente dispuesta a tomar el reto y sólo esperando tener los recursos necesarios para implementarlo. Si esto se da pronto, en 5 años podríamos ver el primer dispositivo de computación cuántica. Quizá un mejor y más adecuado marco temporal sea 20 años. Sin embargo, espero que podamos implementarlo antes.”
Introducción al muestreo de bosones
Mayor información sobre el articulo publicado lo encuentras en Physical Review Letters.
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