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¿Por qué se considera que el muestreo de bosones será el próximo gran avance en la computación cuántica?
A la vanguardia de la computación cuántica, el modelo de muestreo de bosones ha atraído una atención generalizada. Este concepto fue propuesto por Scott Aaronson y Alex Arkhipov para explorar el uso de la dispersión bosónica para calcular el valor esperado permanente de una matriz. El modelo genera muestras de la distribución de probabilidad muestreando la dispersión del mismo bosón utilizando un interferómetro lineal. En particular, la versión fotónica se considera la plataforma más prometedora para realizar dispositivos de muestreo de bosones, considerándola así como un enfoque no universal para la computación cuántica óptica lineal.
Aunque no es universal, todavía se cree que el muestreo de bosones puede realizar muchas tareas que son difíciles de lograr con las computadoras convencionales actuales.La configuración del muestreo de bosones requiere tres componentes básicos: una fuente confiable de un solo fotón, un interferómetro lineal y un detector de conteo de un solo fotón eficiente. La combinación de estos componentes evita el uso de qubits residuales, mediciones adaptativas y operaciones de entrelazamiento, reduciendo significativamente los recursos físicos requeridos. Esto hace que el muestreo de bosones sea un modelo demostrativo para la computación cuántica factible en el corto plazo.
Las investigaciones actuales muestran que el muestreo de bosones implementado por fotones tiene ventajas sobre las computadoras tradicionales a la hora de calcular ciertas tareas difíciles, especialmente cuando se trata de cálculos "permanentes".
Técnicamente, el resultado del muestreo de bosones requiere inyectar M fotones individuales indistinguibles (N>M) en N modos diferentes y luego medir estos fotones en la salida. La llamada distribución de probabilidad se obtiene redistribuyendo los fotones a través de un interferómetro óptico lineal. En este caso, utilizar el concepto de “permanencia” para describir la distribución de probabilidad de los fotones medidos en la salida es precisamente una de las dificultades a las que se enfrenta actualmente el uso de ordenadores tradicionales.
Calcular la "permanencia" es un problema extremadamente difícil, que pertenece a la categoría de complejidad #P-dura.
Incluso para cálculos aproximados, este problema es muy difícil. A medida que se profundiza en la investigación, la complejidad computacional que implica el muestreo de bosones ha atraído gran atención de los científicos informáticos teóricos. Si el muestreo de bosones pudiera simularse eficientemente, significaría el colapso de la jerarquía polinomial, lo que se considera extremadamente improbable en la comunidad informática.
Otra ventaja importante del muestreo de bosones es que requiere muchos menos recursos para realizar tareas computacionales que los esquemas de computación cuántica óptica lineal completa. Esta ventaja hace que el muestreo de bosones sea un candidato ideal para demostrar el poder que la computación cuántica puede aportar en el futuro cercano.
Dada una configuración óptica lineal adecuada, el muestreo de bosones puede realizar una serie de tareas computacionales complejas sin requerir una inversión excesiva en hardware.
Muchos pioneros de la computación cuántica ya están trabajando para hacer realidad el muestreo de bosones, lo que será un paso clave hacia un mayor desarrollo de la tecnología cuántica. Con el avance de la tecnología, la optimización de los algoritmos y la mejora del hardware, el muestreo de bosones puede convertirse en un puente que conecte la teoría cuántica y las aplicaciones prácticas.
En este campo en rápido desarrollo, el muestreo de bosones no solo es un avance tecnológico, sino que también tiene el potencial de cambiar nuestra comprensión fundamental de la informática y el procesamiento de la información. Con estos avances, ¿el futuro de la computación cuántica redefinirá los límites de la computación tal como la conocemos?
