“Hiper-caos”: Comportamento de Qubits que permite a simulação de sistemas quânticos complexos sem a necessidade de extenso poder computacional

Postado em 08/02/2021 por Maria Heloísa

Computação quântica

Imagem por Pete Linforth do Pixabay

Sistemas quânticos complexos

Há alguns anos, a evolução dos computadores quânticos tem sido restringida pela velocidade de processamento das CPUs clássicas. Entretanto, cientistas da Universidade de Loughborough, Universidade de Nottingham e Universidade de Innopolis, na Rússia, descobriram o que pode vir a ser uma característica capaz de transformar o comportamento de bits quânticos, fazendo a tecnologia avançar. Se bem-sucedido, isto poderia permitir que pesquisadores simulem sistemas quânticos complexos sem que um alto nível de poder computacional seja necessário, a exemplo do poder de processamento disponível nos supercomputadores mais rápidos do mundo, o que poderia promover desdobramentos positivos na evolução de ferramentas de criptografia quântica que sejam mais novas, melhores e mais poderosas, por exemplo.

Voilá.

“COMO A COMPUTAÇÃO QUÂNTICA DE GRANDE ESCALA EM UM VERDADEIRO COMPUTADOR QUÂNTICO AINDA NÃO ESTÁ DISPONÍVEL, APENAS COMPUTADORES QUÂNTICOS DE PEQUENA ESCALA, DE ATÉ DEZENAS DE QUBITS, PODEM SER SIMULADOS USANDO SUPERCOMPUTADORES CLÁSSICOS”

Dr. Alexandre Zagoskin

O artigo, Aparição e controle de comportamentos complexos em sistemas condutores de qubits interagindo com dissipação, foi publicado na revista científica NPJ Quantum Information. Nele, os pesquisadores apresentam suas descobertas sobre como evitar a necessidade de grandes quantidades de energia, utilizando o comportamento caótico de qubits, demonstrando o fenômeno conhecido como hiper-caos.

Analogia

Dr. Alexandre Zagoskin, um dos autores do trabalho da Escola de Ciências da Universidade de Loughborough e coincidentemente co-fundador da D-Wave Systems (a empresa de computação quântica mais antiga do mundo, fundada em 1999), disse:

“Uma boa analogia é o projeto de aeronaves. Para projetar uma aeronave, é necessário resolver certas equações hidro(aero)dinâmica, que são muito difíceis de resolver e só se tornaram possíveis após a Segunda Guerra Mundial, quando computadores potentes surgiram. No entanto, as pessoas já vinham projetando e pilotando aeronaves muito antes disso. Era porque o comportamento do fluxo de ar podia ser caracterizado por um número limitado de parâmetros, como o número de Reynolds e o número de Mach, que podiam ser determinados a partir de experimentos com modelos em pequena escala”.

Após finalizar a analogia, ele falou sobre as implicações do mundo real para o problema:

“Sem isto, a simulação direta de um sistema quântico detalhado, usando um computador clássico, torna-se impossível uma vez que ele contém mais do que alguns milhares de qubits. Essencialmente, não há matéria suficiente no Universo para construir um computador clássico capaz de lidar com o problema. Se pudéssemos caracterizar diferentes regimes de um computador quântico de 10.000 qubits usando apenas 10.000 desses parâmetros em vez de 2^(10000) – que é aproximadamente 2 vezes um 1 com três mil zeros – isso seria revolucionário”.

A partir de tudo isso, os pesquisadores serão capazes de controlar os valores críticos desses parâmetros construindo e testando modelos em escala, medindo o sistema para descobrir se os parâmetros do processador quântico permitem que ele funcione adequadamente ou não.

“Os resultados deste trabalho são elucidativos para a compreensão de dinâmicas quânticas complexas. Os futuros computadores quânticos consistirão em milhares de bits quânticos (qubits), que serão ordens de magnitude mais poderosas do que o computador clássico mais rápido do mercado”

“Aqui, o pleno controle e a caracterização dos computadores quânticos são a chave para realizar uma computação correta e massiva. No reino quântico, o número de graus de liberdade de um sistema cresce exponencialmente com seu tamanho. Como a computação quântica de grande escala em um verdadeiro computador quântico ainda não está disponível, apenas computadores quânticos de pequena escala, de até dezenas de qubits, podem ser simulados usando supercomputadores clássicos”

disse Dr. Weibin Li, da Escola de Física e Astronomia, da Universidade de Nottingham.

Tradução autorizada de texto publicado pelo The Quantum Daily. Disponível em: https://thequantumdaily.com/2021/02/03/hyperchaos-qubit-behaviour-that-allows-the-simulation-of-complex-quantum-systems-without-extensive-computational-power/. Acesso em 06 de fevereiro de 2021.

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