Os computadores fotônicos vêm se mostrando de suma importância para a computação quântica, destacando-se pela sua capacidade de resolver problemas complexos inacessíveis para os supercomputadores tradicionais. Um dos marcos mais importantes nesse campo foi o experimento de amostragem de bósons (bóson sampling) realizado pela equipe do físico Pan Jianwei em 2020, que não apenas destacou o potencial da computação fotônica, mas também estabeleceu de forma conclusiva a vantagem quântica.
Apesar do peculiar experimento de amostragem de bósons, a computação quântica fotônica emprega estratégias diversificadas para manipular informações quânticas, como o uso de dispositivos ópticos para controlar a polarização da luz. Esta propriedade, que define a orientação do plano de oscilação do campo elétrico da luz, desempenha um papel importante no controle e codificação de informações em sistemas quânticos baseados em fótons. Apesar disso, é importante notar que a abordagem, embora fundamental, é apenas uma entre muitas técnicas empregadas neste campo de pesquisa. Transicionando da polarização para uma dimensão ainda mais abrangente da luz, outra frente promissora de pesquisa na computação quântica fotônica envolve a exploração dos modos espaciais da luz. Estes modos, que representam as diversas configurações ou padrões ondulatórios assumidos pela luz em sua propagação, abrem novas perspectivas para a manipulação de informações quânticas.
Um exemplo recente desses avanços é o estudo liderado por Mehul Malik, da Heriot-Watt University. Publicado na revista Nature Physics, este trabalho descreve um método inovador para o design de circuitos ópticos quânticos de alta dimensão, empregando técnicas de design inverso. Em vez de configurar manualmente cada elemento do circuito óptico quântico, os autores partem do resultado desejado e utilizam técnicas computacionais e de otimização para identificar a configuração ótima do sistema que atinja esse resultado. Além disso, utilizam um ambiente de mistura de modos de alta dimensão, o que elimina a necessidade de controle direto sobre cada elemento individual do circuito, mantendo uma alta capacidade de programabilidade. No estudo, o arranjo é empregado para manipular o emaranhamento quântico em alta dimensão, demonstrando aplicabilidade em dimensões de até sete, transformando a fibra multimodo em um dispositivo de medição multiresultado generalizado. Isso representa uma abordagem escalável para alcançar alta fidelidade com uma profundidade de circuito reduzida, destacando um avanço significativo na implementação de portas quânticas programáveis e na manipulação do emaranhamento quântico.
Para mais detalhes, veja o artigo original: https://www.nature.com/articles/s41567-023-02319-6
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