Físicos desenvolvem algoritmo para fazer cálculos quânticos mais eficientes

A computação quântica é uma das ferramentas mais poderosas disponíveis para a sociedade, com potencial para resolver muitos dos problemas extremamente complexos que os computadores clássicos não conseguem resolver. No entanto, para alcançar os computadores quânticos mais poderosos, é necessário um aumento na eficiência.

Físicos quânticos da Universidade de Sussex estão abordando esse problema de eficiência. Eles criaram um novo algoritmo que pode aumentar a velocidade da taxa de cálculos nos computadores quânticos atualmente em desenvolvimento. O algoritmo fornece uma nova maneira de rotear os íons pelo computador quântico, o que aumenta a eficiência dos cálculos. 

O 'algoritmo de roteamento' foi detalhado no trabalho de pesquisa intitulado “Roteamento Qubit eficiente para um computador quântico de íons presos globalmente conectado”, publicado na revista Tecnologias Quânticas Avançadas.

A equipe foi liderada pelo professor Winfried Hensinger e incluiu Mark Webber, Dr. Steven Haerbert e Dr. Sebastian Weidt. 

Hensinger e Webber lançaram recentemente sua própria empresa, a Universal Quantum. O objetivo é construir o primeiro computador quântico de grande escala e vários investidores de tecnologia de alto nível manifestaram interesse. 

Algoritmo de Roteamento

O algoritmo de roteamento funciona regulando o tráfego em um computador quântico, possibilitando que os quibits sejam fisicamente transportados por longas distâncias. Isso permite que os quibits interajam uns com os outros, e os dados são capazes de se mover de forma eficiente dentro do computador quântico sem congestionamentos. 

Um dos aspectos fundamentais dos computadores quânticos são os bits quânticos, ou quibits, que são usados ​​para processar informações. A equipe primeiro analisou um computador quântico de 'íon preso', que consiste em microchips de silício com átomos carregados. Esses átomos carregados, ou íons, levitam acima da superfície do microchip e são usados ​​para armazenar dados. Cada íon é capaz de conter um bit quântico de informação.

Para fazer cálculos nesse tipo de computador quântico, os íons precisam ser movidos. O poder do computador quântico depende de quão rápido e eficientemente isso pode acontecer.

Íon supercondutor vs íon aprisionado

Existem dois dispositivos principais usados ​​no campo da computação quântica: dispositivos supercondutores e dispositivos de íons aprisionados. 

Dispositivos supercondutores são usados ​​por algumas das grandes empresas como IBM e Google, enquanto os dispositivos de íons aprisionados são usados ​​pela equipe da Universidade de Sussex e outras empresas. 

Computadores quânticos supercondutores dependem de quibits estacionários e, na maioria das vezes, eles só podem interagir com quibits próximos um do outro. Para que os cálculos ocorram entre os quibits que não estão diretamente próximos um do outro, é necessário que haja comunicação por meio de uma cadeia de quibits adjacentes. 

À medida que a informação se move de um qubit para o próximo e assim por diante, ela se torna mais corrompida quanto mais longa for a cadeia. Por causa disso, os computadores quânticos supercondutores são vistos pela equipe como tendo um poder computacional limitado. 

Devido a essas limitações, a equipe optou por desenvolver um novo algoritmo de roteamento para arquitetura de íons aprisionados. O método atual para medir o poder computacional de computadores quânticos de curto prazo é o 'Quantum Volume', que a equipe pôde usar para comparar seu modelo com os supercondutores. 

A equipe descobriu que seu modelo de íons aprisionados era mais consistente e tinha um desempenho melhor do que o qubit supercondutor, e isso se devia ao algoritmo que permitia que os quibits interagissem diretamente com mais quibits. Este método resulta em um maior poder computacional esperado. 

“Agora podemos prever o poder computacional dos computadores quânticos que estamos construindo. Nosso estudo indicou uma vantagem fundamental para dispositivos de íons aprisionados, e o novo algoritmo de roteamento nos permitirá maximizar o desempenho dos primeiros computadores quânticos”, disse Webber. 

De acordo com Hensinger, “de fato, este trabalho é mais um trampolim para a construção de computadores quânticos práticos que podem resolver problemas do mundo real”.