Pesquisadores da Faculdade de Engenharia da Universidade de Hong Kong (HKU) fizeram uma descoberta significativa sobre o emaranhamento quântico. Esse fenômeno, que por muito tempo foi considerado um obstáculo considerável nas simulações quânticas clássicas, na verdade aumenta a velocidade dessas simulações. As descobertas foram publicadas na revista Nature Physics, em um artigo intitulado "Entanglement accelerates quantum simulation" (Emaranhamento acelera simulação quântica).

Simular a evolução dinâmica da matéria é fundamental para a compreensão do universo, mas continua sendo uma das tarefas mais desafiadoras da física e da química. Por décadas, o "entrelaçamento" — a complexa correlação entre partículas quânticas — tem sido visto como uma barreira formidável. Na computação clássica, um alto grau de entrelaçamento torna as simulações exponencialmente mais difíceis de realizar, muitas vezes atuando como um gargalo para o estudo de sistemas quânticos complexos.

Liderada pelo Professor Qi Zhao da Escola de Computação e Ciência de Dados da Universidade de Hong Kong (HKU), a equipe de pesquisa colaborou com o Professor You Zhou da Universidade de Fudan e o Professor Andrew M. Childs da Universidade de Maryland, e derrubou essa crença antiga. Eles descobriram que, embora o emaranhamento quântico dificulte a computação clássica, ele na verdade acelera as simulações quânticas, transformando um antigo obstáculo em um recurso poderoso.

Os métodos de simulação clássicos, como os Estados de Produto Matricial (MPS) e os Operadores de Produto Matricial (MPO), amadureceram significativamente e são amplamente utilizados na simulação da dinâmica quântica. No entanto, eles enfrentam uma limitação fundamental: não conseguem resolver eficazmente sistemas com alto emaranhamento, onde o custo computacional dispara. Em contraste, embora os simuladores quânticos sejam há muito tempo considerados a solução futura para simular a evolução dinâmica, acreditava-se anteriormente que seu desempenho era independente do emaranhamento do sistema.

Esta pesquisa prova o contrário. A equipe do Professor Zhao demonstrou que os métodos de simulação quântica se tornam, na verdade, mais eficazes e eficientes quando há emaranhamento quântico. Essa descoberta contraintuitiva sugere que a vantagem quântica na resolução desses problemas complexos e altamente emaranhados é ainda mais significativa do que se pensava anteriormente.

"Os computadores clássicos temem o emaranhamento quântico, mas provamos que os computadores quânticos, na verdade, 'adoram' o emaranhamento quântico", disse o professor Qi Zhao. "Um alto grau de emaranhamento quântico significa que os computadores quânticos têm uma vantagem maior sobre os clássicos, tornando a concretização da 'vantagem quântica' mais alcançável."

Com base nessa descoberta, a equipe desenvolveu ainda mais um " protocolo de simulação adaptativo ". Esse método utiliza medições em tempo real para estimar erros durante uma simulação, permitindo que o algoritmo otimize automaticamente seu desempenho sem custos adicionais significativos.

Esta pesquisa representa uma mudança paradigmática na forma como os recursos quânticos são vistos. O emaranhamento não é mais apenas uma característica da mecânica quântica ou um recurso teórico; é uma ferramenta prática que pode ser ativamente utilizada para projetar algoritmos mais rápidos. As descobertas fornecem orientações teóricas cruciais para futuras aplicações de computação quântica de alta eficiência.

"Inicialmente, nosso objetivo era esclarecer a relação entre o emaranhamento quântico e o desempenho da simulação quântica, mas não esperávamos derivar fórmulas físicas tão claras e elegantes", acrescentou o Professor Zhao. "O emaranhamento quântico complexo, antes visto como uma barreira computacional, revela-se um recurso fundamental para aumentar a eficiência da simulação. Esse é o encanto da pesquisa básica: por meio da curiosidade e da exploração de princípios fundamentais, podemos romper as fronteiras do conhecimento existente e encontrar caminhos totalmente novos para futuros avanços tecnológicos."

Olhando para o futuro, a equipe de pesquisa planeja explorar ainda mais o impacto específico da aceleração do emaranhamento em domínios práticos. O professor Zhao destacou diversas direções promissoras, observando que esse mecanismo poderia melhorar significativamente a eficiência na simulação de materiais , física de altas energias e reações químicas. Esses avanços podem abrir caminho para descobertas importantes no desenvolvimento de baterias, catalisadores e produtos farmacêuticos melhores, onde a compreensão das interações quânticas complexas é fundamental.