L’ordinador quàntic aconsegueix en 36 microsegons el que un de clàssic en 9.000 anys

Els ordinadors quàntics, encara en experimentació, estan basats en bits quàntics, però també poden utilitzar fotons, cada una de les partícules de la llum. Ara, científics han fet nous passos en aquest últim model en aconseguir en tan sols 36 microsegons fer una tasca que els clàssics tardarien gairebé 9.000 anys.

La descripció d’aquest processador fotònic quàntic, anomenat Borealis, es publica a la revista Nature i els seus responsables asseguren que es tracta de l’experiment fotònic més important d’avantatge quàntic -demostrar la superació d’aquests davant els sistemes clàssics- comunicat fins la data.

"De mitjana, els millors algoritmes i superordinadors disponibles tardarien més de 9.000 anys" en fer-ho, subratllen al seu article els investigadors de Xanadu, una empresa canadenca de tecnologia quàntica, i del National Institute of Standards and Technology dels Estats Units.

Aquest sistema presenta millores respecte als dispositius fotònics demostrats anteriorment i pot representar un pas important cap a la creació d’ordinadors quàntics, resumeix l’equip científic de Jonathan Lavoie. Un dels objectius principals dels dispositius quàntics -tant els basats en qubits com en fotons- és que superin als sistemes clàssics, els ordinadors i superordinadors actualment al mercat, establint un avantatge o supremacia quàntica.

Però fins la data només un petit nombre d’experiments han informat d’aquest assoliment|èxit, sobretot en aquells models basats en bits quàntics -amb polèmica inclosa, quan Google va assegurar el 2019 haver aconseguit la supremacia quàntica, la qual cosa va ser posat en dubte per IBM. Ara el que es publica és la demostració d’aquest avantatge en un processador amb fotons i un enfocament per demostrar-la és l’anomenat mostreig de bosons -el fotó és un exemple de bosó, una partícula elemental.

Aquest mostreig és un càlcul que es realitza en un circuit pel qual viatgen els fotons, amb una sèrie d’entrades i sortides i una xarxa d’espills i lents fixes, entre un altre instrumental òptic quàntic. En realitat, el càlcul consisteix a establir a partir d’uns paràmetres quants fotons acaben, pels canvis que es produeixen a l’interior del circuit, en un carril de sortida determinat i no en un altre.

I és que el circuit, tal com explica l’investigador Carlos Sabín, del departament de Física Teòrica de la Universitat Autònoma de Madrid, consisteix en una sèrie de transformacions que es realitzaran sobretot el que entra en ell. Aquestes transformacions poden estar provocades, per exemple, pels divisors de fes -un instrument que divideix un raig de llum en dos-, que fan que existeixi una certa probabilitat que els fotons canviïn de carril en el circuit, aconseguint la seua redistribució a la sortida.

Sembla una ximpleria, apunta Sabín -que no participa en aquest estudi-, però no ho és; fa anys es va demostrar que fer aquest càlcul -saber quants fotons hi ha en un carril determinat de sortida- de manera ràpida en ordinadors convencionals no és possible. I és que existeix un llindar de fotons per sobre del qual els ordinadors clàssics no són capaços de realitzar el càlcul en un temps raonable.

"Si els paràmetres del circuit se seleccionen de manera aleatòria i a partir d’un cert nombre de partícules i de carrils d’entrada i sortida, el càlcul de probabilitats respecte a la sortida és gairebé intractable per a un ordinador convencional", resumeix Efe aquest investigador.

En l’estudi de Nature l’equip va aconseguir el mostreig de bosons més gran fins la data, amb 216 carrils (125 fotons de mitjana) i un càlcul en temps rècord: 0,000036 segons. "Encara que aquestes afirmacions de vegades són qüestionades a posteriori (hi podria haver mètodes de càlcul millors d’ordinadors clàssics que els assumits pels autors), aquests números van més enllà dels anteriors experiments amb mostreig de bosons i dels experiments de supremacia quàntica amb bits quàntics superconductors de Google", opina Sabín.

"Els resultats han d’emmarcar-se en la carrera per demostrar la supremacia quàntica", resumeix el físic, que destaca que el sistema podria programar-se fàcilment per generar determinats estats "amb els quals és sabut que es pot realitzar computació quàntica universal". Això -afegeix- donaria resposta a la crítica més habitual al mostreig de bosons: la seua inutilitat pràctica més enllà de la demostració de la supremacia quàntica.