Máquina quântica Borealis obtém vantagem computacional usando sensor fotônico programável

GBS de alta dimensão a partir de um processador fotônico totalmente programável. Um trem de pulso periódico de estados comprimidos de modo único de um OPO pulsado entra em uma sequência de três interferômetros baseados em loop dinamicamente programáveis. Cada loop contém um VBS, incluindo um defasador programável e uma linha de atraso de fibra óptica. Na saída do interferômetro, o estado Gaussiano é enviado para uma árvore de comutação binária de 1 a 16 (demux), que desmultiplexa parcialmente a saída antes da leitura pelos PNRs. A sequência detectada resultante de 216 números de fótons, em aproximadamente 36 μs, compreende uma amostra. Os atrasos de fibra e os divisores de feixe e os deslocadores de fase que os acompanham implementam portas entre os modos temporalmente adjacentes e distantes, permitindo conectividade de alta dimensão no circuito quântico. Acima de cada estágio de loop está representada uma representação em treliça do estado Gaussiano multipartido emaranhado sendo progressivamente sintetizado. O primeiro estágio (τ) efetua portas programáveis de dois modos (bordas verdes) entre os modos vizinhos mais próximos em uma dimensão, enquanto o segundo (6 τ) e o terceiro (36 τ) mediam acoplamentos entre modos separados por seis e 36 intervalos de tempo em a segunda e terceira dimensões (bordas vermelhas e azuis, respectivamente). Cada execução do dispositivo envolve a especificação de 1.296 parâmetros reais, correspondentes à sequência de ajustes para todas as unidades VBS. Crédito:Natureza (2022). DOI:10.1038/s41586-022-04725-x

Uma equipe de pesquisadores de Xanadu, no Canadá, e dos Institutos Nacionais de Padrões e Tecnologia, nos EUA, está alegando que seu computador quântico, Borealis, alcançou vantagem computacional ao enfrentar o desafio de amostragem de bósons. Em seu artigo publicado na revista Nature , o grupo descreve seu computador e o desempenho dele ao enfrentar o desafio. Daniel Jost Brod, da Universidade Federal Fluminense, no Brasil, publicou um artigo News &Views na mesma edição da revista descrevendo a curta história da computação quântica e o trabalho realizado pela equipe neste novo esforço.
À medida que o trabalho continua em direção a uma máquina de computação quântica verdadeiramente utilizável, os grupos de pesquisa adicionam mais energia aos dispositivos em que estão trabalhando e os submetem a testes de vantagem computacional. Esses testes têm como objetivo mostrar que um determinado dispositivo é capaz de processar um problema que levaria tanto tempo para computadores convencionais que seria impraticável.

Nesse novo esforço, os pesquisadores enfrentaram o desafio de amostragem de bósons usando uma máquina fotônica que usa fótons para representar qubits. Tecnicamente chamado de desafio de amostragem de bósons gaussianos, envolve preparar estados de luz e direcioná-los através de uma rede de divisores de feixe e, em seguida, contar quantos fótons chegam a um detector. Os melhores computadores modernos ficam atolados rapidamente ao tentar o desafio, enquanto a teoria sugere que um computador quântico deve brilhar. Esforços anteriores para enfrentar o desafio envolveram o uso de 76 a 113 fótons. A máquina construída pela equipe neste novo esforço foi capaz de acessar até 219 fótons, enquanto em média 125 – um salto significativo à frente.

Ao executar o desafio, a equipe descobriu que a Borealis conseguiu realizar a tarefa especificada em 36 microssegundos. Os pesquisadores calcularam que o melhor computador tradicional levaria aproximadamente 9.000 anos para realizar a mesma tarefa. Essa diferença, afirmam os pesquisadores, mostra vantagem computacional. Os pesquisadores levaram seu trabalho um passo adiante, testando a saída fornecida pela Borealis e mostraram que ela não poderia ser falsificada, evidência de que as respostas dadas estavam corretas. + Explorar mais