Investigadores en Xanadu, una empresa canadiense especializada en computación cuántica fotónica, afirma haber logrado una ventaja computacional cuántica con un experimento realizado en su máquina Borealis accesible desde la nube. El término "ventaja cuántica" (a veces llamado supremacía cuántica) se refiere a una situación en la que una máquina cuántica lleva a cabo tareas informáticas específicas que serían intratables para una computadora clásica. El último experimento, que implica tomar medidas que corresponden a extraer una muestra de una distribución, toma Borealis de Xanadu 36 microsegundos por muestra, mientras que el equipo estima que la supercomputadora más rápida del mundo tardaría 9000 años en modelar el mismo experimento utilizando los algoritmos más conocidos. .
La tarea en este experimento es un ejemplo de muestreo de bosones gaussianos (GBS), un marco simplificado para computadoras cuánticas ópticas en el que los estados cuánticos de luz se envían a través de un interferómetro (una red óptica con parámetros ajustables que dictan cómo interfieren los fotones) antes de medirse. en las salidas. Este diseño es más simple que una computadora cuántica universal, y como jonathan lavoie, líder del equipo de integración de sistemas en Xanadu, explica, tiene aplicaciones restringidas. “Es importante enfatizar que las máquinas de ventaja cuántica se construyen con el propósito de probar algo fundamental sobre el poder de la computación cuántica, no necesariamente para resolver un problema 'útil' inmediato”, dice Lavoie. "Esto último probablemente requerirá tolerancia a fallas y corrección de errores".
Sobre la base de resultados anteriores de ventaja cuántica
Las afirmaciones previas de ventajas computacionales cuánticas se han encontrado con cierta controversia. En 2019, un equipo de Google ventaja cuántica anunciada usando tecnología superconductora (en lugar de fotónica), aunque esto ha sido debatido dentro de la comunidad. Más recientemente, experimentadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China hicieron reclamos similares para dos experimentos (que también realizan GBS) conocidos como Jiuzhang y Jiuzhang 2.0. Aunque es un logro tecnológico considerable, más papeles plantear dudas sobre sus resultados. Nicolás Quesada, que dirigió el proyecto junto con Lavoie y ahora es profesor asistente en Polytechnique Montréal, señala que "se necesitan más teoría y herramientas de verificación". El trabajo de Quesada continúa analizando estas tareas de verificación.
Borealis se diferencia de Jiuzhang en varios aspectos, incluido el tamaño: con 216 modos distintos (diferentes estados cuánticos accesibles), la máquina de Xanadu representa un aumento significativo con respecto al récord anterior de 144. Xanadu también utiliza un nuevo diseño para GBS que retrasa los fotones en bucles de señales ópticas. fibra antes de que interfieran con los pulsos posteriores, lo que ayuda a suprimir errores y mejora la escalabilidad. Un logro particular de este último trabajo son las técnicas implementadas para estabilizar estas fibras a longitudes muy por debajo del orden de la longitud de onda de la luz, como se analiza en un del blog publicado por el equipo de Xanadu.
La nueva configuración significa que no se pueden realizar todas las configuraciones posibles de GBS. “Para la fotónica, cuando se quiere codificar problemas interesantes que reflejen instancias de aplicaciones del mundo real, se necesita acceso a un interferómetro programable universal, que normalmente implica pérdidas significativas”, dice Quesada. “Así que este es definitivamente un desafío difícil”.
Sin embargo, Borealis permite una programación completa dentro de los límites de la estructura propuesta, mientras que los experimentos GBS anteriores de esta escala tenían interacciones fijas entre modos. La flexibilidad adicional está permitida por los avances en la generación de estados cuánticos de luz, la tasa de detección y la conmutación electroóptica rápida, que cambia la configuración de los componentes en los que interfieren los pulsos a una velocidad suficientemente alta para implementar todas las operaciones posibles.
Las computadoras clásicas compiten para ponerse al día con la ventaja cuántica
Borealis es única entre las demostraciones de ventajas cuánticas en el sentido de que el público ahora puede acceder a esta máquina y enviar trabajos de forma remota a través del servicio en la nube de Xanadu. Sin embargo, aún es incierto si GBS produce cálculos útiles más allá de una demostración de ventaja cuántica. Además, como explica Quesada, cuando se trata de las aplicaciones de GBS, se necesita más investigación para comprender “si existen algoritmos clásicos que puedan hacer el trabajo lo suficientemente bien, anulando así la necesidad de máquinas cuánticas”. No obstante, este logro "realmente ayuda a generar confianza en que nuestros sistemas de control de software y desarrollo de hardware están en el camino correcto para construir una computadora cuántica fotónica tolerante a fallas en Xanadu", dice Lavoie. Mundo de la física.
