Pesquisadores em Xanadu, uma empresa canadense especializada em computação quântica fotônica, afirma ter alcançado vantagem computacional quântica com um experimento executado em sua máquina Borealis acessível em nuvem. O termo “vantagem quântica” (às vezes chamada de supremacia quântica) refere-se a uma situação em que uma máquina quântica realiza tarefas computacionais específicas que seriam intratáveis para um computador clássico. O experimento mais recente, que envolve a realização de medições que correspondem à extração de uma amostra de uma distribuição, leva 36 microssegundos por amostra no Borealis de Xanadu, enquanto a equipe estima que levaria 9000 anos para que o supercomputador mais rápido do mundo modelasse o mesmo experimento usando os algoritmos mais conhecidos. .
A tarefa neste experimento é um exemplo de amostragem de bósons gaussianos (GBS) – uma estrutura simplificada para computadores quânticos ópticos em que estados quânticos de luz são enviados através de um interferômetro (uma rede óptica com parâmetros ajustáveis que ditam como os fótons interferem) antes de serem medidos. nas saídas. Este projeto é mais simples do que um computador quântico universal e, como Jonathan Lavoie, explica o líder da equipe de integração de sistemas em Xanadu, ele restringiu aplicativos. “É importante enfatizar que as máquinas com vantagens quânticas são construídas com o propósito de provar algo fundamental sobre o poder da computação quântica, não necessariamente para resolver um problema 'útil' imediato”, diz Lavoie. “Este último provavelmente exigirá tolerância a falhas e correção de erros.”
Com base nos resultados anteriores de vantagem quântica
As reivindicações anteriores de vantagem computacional quântica encontraram alguma controvérsia. Em 2019, uma equipe do Google vantagem quântica anunciada usando tecnologia supercondutora (em vez de fotônica), embora isso tenha sido debatido na comunidade. Mais recentemente, experimentadores da Universidade de Ciência e Tecnologia da China fizeram reivindicações semelhantes para dois experimentos (também realizando GBS) conhecidos como Jiuzhang e Jiuzhang 2.0. Embora seja uma conquista tecnológica considerável, mais artigos levantar questões sobre seus resultados. Nicolás Quesada, que liderou o projeto ao lado de Lavoie e agora é professor assistente na Polytechnique Montréal, observa que “são necessárias mais teorias e ferramentas de verificação”. O trabalho de Quesada continua a analisar estas tarefas de verificação.
Borealis difere de Jiuzhang de várias maneiras, incluindo tamanho: com 216 modos distintos (diferentes estados quânticos acessíveis), a máquina de Xanadu representa um aumento significativo em relação ao recorde anterior de 144. Xanadu também usa um novo design para GBS que atrasa fótons em loops ópticos. fibra antes que eles interfiram nos pulsos subsequentes, o que ajuda a suprimir erros e melhora a escalabilidade. Uma conquista particular deste último trabalho são as técnicas implementadas para estabilizar essas fibras em comprimentos muito abaixo da ordem do comprimento de onda da luz, conforme discutido em um artigo. no blog publicado pela equipe de Xanadu.
A nova configuração significa que nem todas as configurações possíveis do GBS podem ser realizadas. “Para a fotônica, quando se deseja codificar problemas interessantes que refletem instâncias de aplicação do mundo real, é necessário ter acesso a um interferômetro programável universal, o que normalmente acarretará perdas significativas”, diz Quesada. “Portanto, este é definitivamente um desafio difícil.”
Borealis, no entanto, permite total programabilidade dentro dos limites da estrutura proposta, enquanto experimentos anteriores de GBS nesta escala tinham interações fixas entre modos. A flexibilidade adicional é permitida pelos avanços na geração de estados quânticos de luz, na taxa de detecção e na rápida comutação eletro-óptica, que altera as configurações dos componentes nos quais os pulsos interferem a uma velocidade suficientemente alta para implementar todas as operações possíveis.
Computadores clássicos correm para alcançar a vantagem quântica
A Borealis é única entre as demonstrações de vantagens quânticas, pois o público agora pode acessar esta máquina e enviar trabalhos remotamente por meio do serviço de nuvem da Xanadu. Contudo, ainda é incerto se o GBS produz quaisquer cálculos úteis além de uma demonstração de vantagem quântica. Além disso, como explica Quesada, quando se trata das aplicações do GBS, são necessárias mais pesquisas para entender “se existem algoritmos clássicos que podem fazer o trabalho suficientemente bem, anulando assim a necessidade de máquinas quânticas”. No entanto, essa conquista “realmente ajuda a aumentar a confiança de que nossos sistemas de desenvolvimento de hardware e controle de software estão no caminho certo para construir um computador quântico fotônico tolerante a falhas em Xanadu”, disse Lavoie. Mundo da física.
