Pesquisadores qua¢nticos da Universidade de Bristol reduziram drasticamente o tempo para simular um computador qua¢ntico a³ptico, com uma aceleração de cerca de um bilha£o em relação a s abordagens anteriores.

Os computadores qua¢nticos prometem acelerações exponenciais para certos problemas, com aplicações potenciais em áreas desde a descoberta de medicamentos aténovos materiais para baterias. Mas a computação qua¢ntica ainda estãoem seus esta¡gios iniciais, então esses são objetivos de longo prazo. No entanto, existem marcos intermediários emocionantes na jornada para a construção de um dispositivo útil. Uma que atualmente recebe muita atenção éa “ vantagem qua¢ntica ”, onde um computador qua¢ntico realiza uma tarefa além das capacidades atémesmo dos supercomputadores mais poderosos do mundo.

O trabalho experimental da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) foi o primeiro a reivindicar vantagem qua¢ntica usando fa³tons -partículas de luz, em um protocolo chamado "Gaussian Boson Sampling" (GBS). O artigo afirmava que o experimento, realizado em 200 segundos, levaria 600 milhões de anos para ser simulado no maior supercomputador do mundo.

Aceitando o desafio, uma equipe dos Laborata³rios de Tecnologia de Engenharia Qua¢ntica da Universidade de Bristol (QET Labs), em colaboração com pesquisadores do Imperial College London e da Hewlett Packard Enterprise, reduziram esse tempo de simulação para apenas alguns meses, um fator de aceleração de cerca de um bilha£o.

Seu artigo "The boundary for quantum vantage in Gaussian boson sampling", publicado hoje na revista Science Advances , chega em um momento em que outras abordagens experimentais que reivindicam vantagem qua¢ntica, como a da equipe de computação qua¢ntica do Google , também estãolevando a melhorias cla¡ssicas . algoritmos para simular esses experimentos.

Conjunta primeiro autor Jake Bulmer, Ph.D. estudante em QET Labs, disse: "Ha¡ uma corrida emocionante acontecendo onde, por um lado, os pesquisadores estãotentando construir sistemas de computação qua¢ntica cada vez mais complexos que eles afirmam não pode ser simulado por computadores convencionais. Ao mesmo tempo, pesquisadores como nosestãomelhorando os manãtodos de simulação para que possamos simular essas ma¡quinas supostamente impossa­veis!"

"Amedida que os pesquisadores desenvolvem experimentos em maior escala, eles procurara£o fazer reivindicações de vantagens qua¢nticas em relação a s simulações cla¡ssicas. Nossos resultados fornecera£o um ponto de comparação essencial para estabelecer o poder computacional de futuros experimentos GBS", disse o primeiro autor conjunto, Bryn. Bell, Marie Curie Research Fellow no Imperial College London, agora Engenheiro Qua¢ntico Saªnior na Oxford Quantum Circuits.

Os manãtodos da equipe não exploram nenhum erro no experimento e, portanto, o pra³ximo passo da pesquisa écombinar seus novos manãtodos com técnicas que exploram as imperfeições do experimento do mundo real. Isso aceleraria ainda mais o tempo de simulação e construiria uma maior compreensão de quais áreas precisam de melhorias.

"Esses experimentos de vantagem qua¢ntica representam uma tremenda conquista da física e da engenharia. Como pesquisador, éemocionante contribuir para a compreensão de onde surge a complexidade computacional desses experimentos. Ficamos surpresos com a magnitude das melhorias que alcana§amos - énão ésempre que vocêpode afirmar que encontrou uma melhoria de um bilha£o de vezes!" disse Jake Bulmer.

Anthony Laing, codiretor do QET Labs e autor do trabalho, disse: “Amedida que desenvolvemos tecnologias de computação qua¢ntica mais sofisticadas, esse tipo de trabalho évital. resolver problemas de energia limpa e saúde que afetam a todos nós. O trabalho éum a³timo exemplo de trabalho em equipe e colaboração entre pesquisadores do Quantum Computing and Simulation Hub do Reino Unido e da Hewlett Packard Enterprise."