(a) Configuración experimental para muestreo de bosones con pérdida. La configuración contiene cuatro partes. La primera parte es una fuente de fotón único de un micropilar de puntos cuánticos. Se coloca dentro de un criostato de 4,2 K, y se usa una microscopía confocal para excitar el punto cuántico y recolectar su fluorescencia de resonancia. La segunda parte consta de seis demultiplexores en cascada que separan el flujo de fotones individuales en siete modos espaciales diferentes. Se utilizan siete fibras monomodo con diferentes longitudes para compensar el retardo de tiempo entre siete modos diferentes. La tercera parte es la red fotónica de pérdidas ultrabajas; los fotones individuales demultiplexados se inyectan en una red fotónica de forma cuadrada de modo 16 × 16, que contiene 113 divisores de haz y 14 espejos. La última parte es la detección; 13 detectores de fotón único de nanocables superconductores y 3 detectores de avalancha basados en silicio se utilizan para detectar fotones, y una unidad de recuento de coincidencias hecha en casa registra todos los eventos sin colisión (no mostrados). (b) El circuito fotónico equivalente de nuestro interferómetro de modo 16 × 16, que está completamente conectado y tiene una tasa de transmisión superior al 99%. (c) Red fotónica ampliada de pérdida ultrabaja con un tamaño de 50,91 mm × 45,25 mm × 4,00 mm. Crédito:arXiv:1801.08282 [quant-ph]
Un equipo de investigadores de China, Alemania y los EE. UU. Han descubierto que el muestreo de bosones con fotones es una opción viable para probar la supremacía cuántica, a pesar de la fuga de fotones de un sistema de prueba dado. En su artículo publicado en la revista Cartas de revisión física , el grupo describe probar la idea utilizando fotones emitidos por un punto cuántico.
En el mundo de la informática demostrar que una computadora cuántica siempre superará a una máquina clásica cuando se trabaja en ciertos problemas difíciles se conoce como supremacía cuántica. Pero a medida que avanza el trabajo hacia el desarrollo de una computadora cuántica verdaderamente útil, los científicos continúan empujando los límites de las computadoras tradicionales. Como resultado, los investigadores están explorando cómo diseñar y desarrollar pruebas adecuadas para comparar los tipos de arquitecturas. En este nuevo esfuerzo, los investigadores estudiaron la idea del muestreo de bosones con fotones como prueba para ambos tipos de máquinas. Investigaciones anteriores sobre la idea sugirieron que no sería útil debido a los problemas derivados de la fuga de fotones del sistema.
El escenario del sistema de muestreo de bosones funciona creando un entorno en el que los fotones se introducen en un dispositivo durante un período de tiempo determinado y se les permite interactuar; se toman medidas de sus posiciones durante el mismo período de tiempo. La idea es simular la distribución de la ubicación de los fotones en múltiples muestras, una tarea que la investigación previa ha sugerido tomaría exponencialmente más tiempo en las computadoras actuales en comparación con las máquinas cuánticas debido a la necesidad de factorizar las interacciones aleatorias que ocurren. El temor era que la pérdida de fotones debido a una fuga hiciera que este enfoque no fuera práctico para probar la supremacía cuántica.
Para probar la idea, los investigadores instalaron un dispositivo físico:un punto cuántico semiconductor dentro de una cavidad. El punto servía como un átomo virtual:emitía fotones (bosones) cuando se disparaba con un láser. Luego, esos fotones se enviaron a través de una serie de objetos ópticos que hicieron que tomaran múltiples caminos, generando una red virtual. Se colocó un detector de fotones en todas las salidas con el fin de anotar sus posiciones. Los investigadores encontraron que muchas de las muestras de "fotones perdidos" eran realmente útiles, lo que condujo a una mejora en la tasa de adquisición de datos. Y eso demostró que la idea debería ser un enfoque factible para probar la supremacía cuántica.
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