Computação por amostragem de bósons emparelha com computadores quânticos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/01/2013

Todas as computações são realizadas no interior de chips fotônicos, sem necessidade das complexas e sensíveis operações de lógica quântica.
[Imagem: J. B. Spring et al./Science]

Passinho à frente, computadores quânticos

O dilúvio de dados tem feito com que os profissionais da tecnologia da informação acompanhem com interesse crescente o desenvolvimento dos computadores quânticos, que dão seus primeiros passos no interior dos laboratórios.

Mas talvez tudo possa andar muito mais rápido se a mecânica quântica for utilizada da forma mais simples possível.

Nada menos do que quatro equipes de pesquisadores, trabalhando de forma independente, mostraram que os fótons - as unidades básicas da luz - podem ser usados para fazer cálculos de uma forma incrivelmente simples.

Um dos grupos conta com a participação dos professores Daniel Brod e Ernesto Galvão, da Universidade Federal Fluminense.

Computação por amostragem de bósons

É apenas uma prova de conceito, e os experimentos terão que ser ampliados para fazerem cálculos úteis.

Mas o que chama a atenção é que, embora sejam essencialmente dispositivos quânticos, todas as computações são realizadas no interior de chips fotônicos, sem necessidade das complexas e sensíveis operações de lógica quântica, o que facilita muito a implementação do experimento em larga escala.

A técnica está sendo chamada de "computação por amostragem de bósons", onde bósons são os fótons.

O fato de quatro equipes terem demonstrado a técnica de forma praticamente simultânea é atribuída ao rápido avanço nas ferramentas de geração e detecção de fótons individuais.

Todos os grupos usaram variações de um método que consiste em disparar fótons individuais em várias portas de um labirinto de canais ópticos. Os fótons saem ricocheteando pelas interseções, o que altera suas rotas segundo um mapa de probabilidades.

Este chip fotônico (visto no centro da imagem) trabalhou com quatro fótons para calcular o permanente de uma matriz, algo que pode se tornar "incalculável" por um computador clássico quando esse número chega a 12.
[Imagem: James C.Gates]

Permanente de uma matriz

A computação resultante consiste em calcular as probabilidades de que os fótons saiam nas várias combinações das portas de saída.

Isso exige um cálculo matemático conhecido como permanente de uma matriz de números - um cálculo que pode superar rapidamente a capacidade dos maiores computadores atuais quando o número de fótons e portas chega a pouco mais de uma dezena.

É aí que esse processador quântico minimalista chama a atenção: ele resolve o cálculo de forma praticamente instantânea - para saber o resultado, basta ler a saída dos detectores de fótons nas portas de saída do labirinto.

No horizonte

O inconveniente é que um processador fotônico desse tipo - um processador por amostragem de bósons - não será adequado para fazer qualquer tipo de cálculo, como os computadores atuais ou mesmo os tão esperados computadores quânticos "verdadeiros" e seus qubits.

Mas sua implementação pode ser muito rápida.

Os cientistas estimam que será necessário ampliar os experimentos para 25 fótons e 400 canais no labirinto para equiparar a velocidade dos computadores clássicos de silício.

A partir desse patamar começarão os ganhos em poder de processamento, algo que os pesquisadores estimam poderem fazer dentro de 10 anos.

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