Um novo algoritmo que avana§a rapidamente as simulações pode trazer maior capacidade de uso para os computadores qua¢nticos atuais e pra³ximos, abrindo caminho para que os aplicativos sejam executados além de limites de tempo estritos que dificultam muitos ca¡lculos qua¢nticos.

"Computadores qua¢nticos tem um tempo limitado para realizar ca¡lculos antes que sua natureza qua¢ntica útil, que chamamos de coeraªncia, se desfaz", disse Andrew Sornborger, da divisão de Ciências Computacionais, Computacionais e Estata­sticas do Laborata³rio Nacional de Los Alamos, e autor saªnior em um artigo anunciando a pesquisa. "Com um novo algoritmo que desenvolvemos e testamos, seremos capazes de fazer simulações qua¢nticas para resolver problemas que antes estavam fora de alcance."

Os computadores construa­dos com componentes qua¢nticos, conhecidos como qubits, podem potencialmente resolver problemas extremamente difa­ceis que excedem as capacidades atémesmo dos supercomputadores modernos mais poderosos. As aplicações incluem análise mais rápida de grandes conjuntos de dados, desenvolvimento de drogas e desvendar os mistanãrios da supercondutividade, para citar algumas das possibilidades que podem levar a grandes avanços tecnola³gicos e cienta­ficos em um futuro pra³ximo.

Experimentos recentes demonstraram o potencial dos computadores qua¢nticos para resolver problemas em segundos que levariam milaªnios para os melhores computadores convencionais para serem conclua­dos. O desafio permanece, no entanto, para garantir que um computador qua¢ntico possa executar simulações significativas antes que a coeraªncia qua¢ntica quebre.

"Usamos o aprendizado de ma¡quina para criar um circuito qua¢ntico que pode aproximar um grande número de operações de simulação qua¢ntica de uma são vez", disse Sornborger. "O resultado éum simulador qua¢ntico que substitui uma sequaªncia de ca¡lculos por uma única operação rápida que pode ser conclua­da antes que a coeraªncia qua¢ntica seja quebrada."

O algoritmo Variational Fast Forwarding (VFF) que os pesquisadores de Los Alamos desenvolveram éum ha­brido que combina aspectos da computação cla¡ssica e qua¢ntica . Embora teoremas bem estabelecidos excluam o potencial de avanço rápido geral com fidelidade absoluta para simulações qua¢nticas arbitra¡rias, os pesquisadores contornam o problema tolerando pequenos erros de ca¡lculo para tempos intermediários a fim de fornecer previsaµes aºteis, embora ligeiramente imperfeitas.

Em princa­pio, a abordagem permite que os cientistas simulem um sistema de forma meca¢nica qua¢ntica pelo tempo que desejarem. Em termos práticos, os erros que se acumulam com o aumento dos tempos de simulação limitam os ca¡lculos potenciais. Ainda assim, o algoritmo permite simulações muito além das escalas de tempo que os computadores qua¢nticos podem alcana§ar sem o algoritmo VFF.

Uma peculiaridade do processo éque leva o dobro de qubits para avana§ar um ca¡lculo do que faria com que o computador qua¢ntico avana§asse . No artigo recanãm-publicado, por exemplo, o grupo de pesquisa confirmou sua abordagem implementando um algoritmo VFF em um computador de dois qubit para avana§ar rapidamente os ca¡lculos que seriam realizados em uma simulação qua¢ntica de um qubit .

Em um trabalho futuro, os pesquisadores de Los Alamos planejam explorar os limites do algoritmo VFF, aumentando o número de qubits que avana§am rapidamente e verificando atéque ponto eles podem avana§ar os sistemas. A pesquisa foi publicada em 18 de setembro de 2020 na revista npj Quantum Information .