Novo Método Melhora o Desempenho dos Computadores Quânticos ao Reduzir o Impacto Ambiental

Uma equipe de pesquisadores do Instituto Nacional de Informação e Comunicações, Universidade Keio, Universidade de Ciência de Tóquio e A Universidade de Tóquio, desenvolveu com sucesso um método para encontrar sistematicamente a sequência ótima de operações quânticas para um computador quântico. Este novo método é o primeiro a alcançar sucesso.

A pesquisa foi publicada no jornal científico Physical Review A.

Desenvolvendo o Novo Método

Os computadores quânticos realizam tarefas confiando em especialistas que escrevem uma sequência de operações quânticas, que tradicionalmente envolvia operadores de computador escrevendo as suas próprias com base em métodos existentes. A equipe desenvolveu um método sistemático que aplicou a teoria de controle ótimo (algoritmo GRAPE) para identificar a sequência teoricamente ótima entre todas as sequências de operações quânticas concebíveis.

O novo método é esperado ser útil para computadores quânticos de escala média. Ao mesmo tempo, a equipe diz que deve ajudar a melhorar o desempenho dos computadores quânticos, enquanto também reduz o impacto ambiental no futuro próximo.

Os computadores quânticos têm o potencial de resolver uma ampla gama de problemas complexos, como reduzir a carga ambiental reduzindo o consumo de energia e descobrir novas substâncias químicas para o campo médico.

Desafios da Computação Quântica

No entanto, um dos principais desafios da computação quântica é que o estado quântico é altamente sensível ao ruído, o que significa que é difícil mantê-lo estável por um período de tempo mais longo. As operações devem ser concluídas dentro do tempo em que o estado quântico coeso é mantido, e isso requer um método para identificar sistematicamente as sequências ótimas.

Uma sequência de operações quânticas é um programa de computador escrito em uma linguagem legível por humanos e é convertida para ser processada por um computador quântico. A sequência de operações quânticas envolve operações de 1-qubit e 2-qubit, mas a melhor sequência tem as menos operações enquanto demonstra o melhor desempenho.

O método recém-desenvolvido analisa todas as sequências possíveis de operações quânticas elementares por meio do uso do algoritmo GRAPE, que é um algoritmo de teoria de controle ótimo numérico. A equipe cria uma tabela de sequências de operações quânticas e o índice de desempenho para cada uma, que pode variar de milhares a milhões. A sequência ótima de operações quânticas pode então ser identificada sistematicamente com base nos dados acumulados.

O método da equipe também pode analisar a lista completa de todas as sequências de operações quânticas e avaliar métodos convencionais, o que permite ajudar a estabelecer benchmarks para pesquisas passadas e futuras.

A equipe também descobriu que existem muitas sequências ótimas excelentes de operações quânticas, o que significa que uma abordagem probabilística pode estender a aplicabilidade do novo método para tarefas maiores. Integrando o aprendizado de máquina com o método, o poder de previsão pode ser aprimorado ainda mais.