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Por que a amostragem de bósons é considerada o próximo avanço na computação quântica?
Na vanguarda da computação quântica, o modelo de amostragem de bósons atraiu ampla atenção. Este conceito foi proposto por Scott Aaronson e Alex Arkhipov para explorar o uso do espalhamento bosônico para calcular o valor esperado permanente de uma matriz. O modelo gera amostras da distribuição de probabilidade por meio da amostragem da dispersão do mesmo bóson usando um interferômetro linear. Em particular, a versão fotônica é considerada a plataforma mais promissora para a realização de dispositivos de amostragem de bósons, sendo considerada uma abordagem não universal para a computação quântica óptica linear.
Embora não seja universal, acredita-se que a Amostragem de Bósons ainda seja capaz de executar muitas tarefas que são difíceis de realizar com os computadores convencionais de hoje.
A configuração de amostragem de bósons requer três componentes básicos: uma fonte confiável de fóton único, um interferômetro linear e um detector eficiente de contagem de fótons únicos. A combinação desses componentes evita o uso de qubits residuais, medições adaptativas e operações de emaranhamento, reduzindo significativamente os recursos físicos necessários. Isso faz da Amostragem de Bósons um modelo demonstrativo para computação quântica viável em curto prazo.
Pesquisas atuais mostram que a amostragem de bósons implementada por fótons tem vantagens sobre os computadores tradicionais no cálculo de certas tarefas difíceis, especialmente quando se trata de cálculos "permanentes".
Tecnicamente, o resultado da Amostragem de Bósons requer a injeção de M fótons únicos indistinguíveis (N>M) em N modos diferentes e, então, a medição desses fótons na saída. A chamada distribuição de probabilidade é obtida pela redistribuição dos fótons através de um interferômetro óptico linear. Neste caso, usar o conceito de “permanência” para descrever a distribuição de probabilidade dos fótons medidos na saída é justamente uma das dificuldades enfrentadas atualmente ao usar computadores tradicionais.
Calcular a "permanência" é um problema extremamente difícil, pertencente à categoria de complexidade #P-difícil.
Mesmo para cálculos aproximados, esse problema é muito difícil. Conforme a pesquisa se aprofunda, a complexidade computacional implícita pela Amostragem de Bóson atraiu grande atenção de cientistas teóricos da computação. Se a amostragem de bósons pudesse ser simulada de forma eficiente, isso significaria o colapso da hierarquia polinomial, o que é considerado extremamente improvável na comunidade da ciência da computação.
Outra vantagem importante da Amostragem de Bósons é que ela requer muito menos recursos para executar tarefas computacionais do que esquemas de computação quântica óptica linear completa. Essa vantagem faz da Amostragem de Bósons uma candidata ideal para demonstrar o poder que a computação quântica pode trazer no futuro próximo.
Dada uma configuração óptica linear adequada, a amostragem de bósons pode executar uma série de tarefas computacionais complexas sem exigir investimento excessivo em hardware.
Muitos pioneiros da computação quântica já estão trabalhando para tornar a Amostragem de Bósons uma realidade, o que será um passo fundamental para o desenvolvimento futuro da tecnologia quântica. Com o avanço da tecnologia, a otimização de algoritmos e a melhoria do hardware, a amostragem de bósons pode se tornar uma ponte que conecta a teoria quântica e as aplicações práticas.
Neste campo em rápido desenvolvimento, a amostragem de bósons não é apenas um avanço tecnológico, mas também tem o potencial de mudar nossa compreensão fundamental da computação e do processamento de informações. Com esses avanços, o futuro da computação quântica redefinirá os limites da computação como a conhecemos?
