Un 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 usar fotons, cadascuna 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 trigarien gairebé 9.000 anys.

La descripció d'aquest processador fotònic quàntic, anomenat Borealis, es publica en la revista Nature i els seus responsables asseguren que es tracta del major experiment fotònic d'avantatge quàntic -demostrar la superació d'aquests enfront dels sistemes clàssics- comunicat fins avui.

«De mitjana, els millors algorismes i supercomputadoras disponibles trigarien més de 9.000 anys» a fer el treball, subratllen en el 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 supercomputadors actualment en el mercat, establint un avantatge o supremacia quàntica.

Però fins avui només un petit nombre d'experiments han informat d'aquest assoliment, sobretot en aquells models basats en bits quàntics -amb polèmica inclosa, quan Google va assegurar en 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 a 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 de miralls 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 ser provocades, per exemple, pels divisors de feix -un instrument que divideix un llamp de llum en dues-, que fan que existeixi una certa probabilitat que els fotons canviïn de carril en el circuit, aconseguint la seva redistribució en 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 a Efe aquest investigador.

En l'estudi de Nature l'equip va aconseguir el mostreig de bosons més gran fins avui, amb 216 carrils (125 fotons de mitjana) i un càlcul en temps rècord: 0,000036 segons.

«Encara que aquestes afirmacions a vegades són qüestionades a posteriori (podria haver-hi 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, qui destaca que el sistema podria programar-se fàcilment per a 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 boso «amb els quals és sabut es pot realitzar computació quàntica universal»nes: la seva inutilitat pràctica més enllà de la demostració de la supremacia quàntica.