Pesquisadores Criam Algoritmo Novo para Verificar Dispositivos Quânticos

Pesquisadores da Universidade de Tóquio utilizaram aprendizado de máquina para criar um algoritmo novo que permite a verificação eficiente e precisa de dispositivos quânticos. Tecnologias que dependem de comportamentos quânticos novos estão se tornando cada vez mais populares e requerem verificação devido a incertezas inerentes.

A pesquisa foi publicada em APS Physics.

Uma Internet Quântica

A maioria dos especialistas considera que os computadores quânticos ainda estão em estágios iniciais de desenvolvimento, mas uma internet quântica é mais avançada e mais próxima do presente. Para que isso seja alcançado, será necessário muito mais pesquisa e o desenvolvimento de muitas mais ferramentas para o design de dispositivos quânticos.

Uma dessas ferramentas importantes é o algoritmo que verifica dispositivos quânticos. Ele foi desenvolvido pelo pesquisador pós-doutoral Quoc Hoan Tran e pelo Professor Associado Kohei Nakajima da Escola de Graduação em Ciência e Tecnologia da Informação da Universidade de Tóquio.

De acordo com os pesquisadores, o dispositivo pode tornar a verificação do comportamento de dispositivos quânticos mais eficiente e precisa. O algoritmo pode reconstruir o funcionamento de um dispositivo quântico dependente do tempo e o faz aprendendo a relação entre as entradas e saídas quânticas.

“A técnica para descrever um sistema quântico com base em suas entradas e saídas é chamada de tomografia de processo quântico”, disse Tran. “No entanto, muitos pesquisadores agora relatam que seus sistemas quânticos exibem algum tipo de efeito de memória, onde os estados presentes são afetados por estados anteriores. Isso significa que uma simples inspeção dos estados de entrada e saída não pode descrever a natureza dependente do tempo do sistema. Você poderia modelar o sistema repetidamente após cada mudança no tempo, mas isso seria extremamente ineficiente em termos computacionais. Nosso objetivo era abraçar esse efeito de memória e usá-lo a nosso favor, em vez de usar força bruta para superá-lo.”

Construindo o Algoritmo

Para construir o algoritmo, a equipe utilizou aprendizado de máquina e uma técnica referida como computação de reservatório quântico. Aprendendo as entradas e saídas que mudam ao longo do tempo em um sistema quântico, ele pode adivinhar como os padrões mudarão. Ele pode fazer essas previsões, mesmo em situações que ainda não foram testemunhadas.

“Atualmente, nosso algoritmo pode emular um certo tipo de sistema quântico, mas dispositivos hipotéticos podem variar amplamente em sua capacidade de processamento e ter diferentes efeitos de memória. Portanto, a próxima etapa da pesquisa será ampliar as capacidades de nossos algoritmos, essencialmente criando algo mais de propósito geral e, portanto, mais útil”, disse Tran. “Estou animado com o que os métodos de aprendizado de máquina quântica podem fazer, com os dispositivos hipotéticos que podem levar.”