Informática

Conheça os novos recordes da computação quântica

Redação do Site Inovação Tecnológica -  01/12/2017

Representação artística de uma simulação quântica. Lasers manipulam uma série de 53 qubits atômicos para estudar a dinâmica do magnetismo.[Imagem: E. Edwards/JQI]

Recorde de simulador quântico

Batendo o recente recorde da equipe do MIT e da Universidade de Harvard, que apresentaram um simulador quântico de 51 qubits em agosto passado, uma equipe da Universidade de Maryland, também nos EUA, desenvolveu um simulador quântico com 53 qubits.

Como em todos os recordes o ganho parece pequeno, mas na verdade as possibilidades de cálculo dobram com cada qubit adicional. Além disso, nenhum supercomputador atual consegue lidar com problemas descritos por mais do que 20 objetos quânticos - ou 20 qubits.

Os qubits nesta nova demonstração são íons do elemento itérbio mantidos fixos por eletrodos de ouro.

"Cada íon qubit é um relógio atômico estável que pode ser perfeitamente replicado. Eles são efetivamente conectados em conjunto por feixes de laser externos. Isto significa que o mesmo dispositivo pode ser reprogramado e reconfigurado, de fora, para se adaptar a qualquer tipo de simulação quântica ou futura aplicação de computação quântica que surgir," disse o professor Christopher Monroe, coordenador da equipe.

Na verdade a coisa não é tão genérica assim. Como cada qubit se comporta como um minúsculo ímã, com sua magnetização alterando-se por meio do laser, este simulador quântico é adequado para estudos de problemas relacionados ao magnetismo em escala atômica e molecular. Outros tipos de cálculos continuarão esperando por um computador quântico mais genérico, com interações arbitrariamente programáveis.

Imagem do circuito quântico mostrando 10 qubits supercondutores (formas de estrela) interligados por um barramento central ressonante (cinza). [Imagem: Chao Song et al. - 10.1103/PhysRevLett.119.180511]

Entrelaçamento de 10 qubits

Físicos chineses conseguiram colocar 10 qubits em entrelaçamento (emaranhamento) simultâneo no interior de um circuito supercondutor, um a mais do que o recorde anterior.

O estado de 10 qubits é o maior estado multiqubits já criado em qualquer sistema de estado sólido e representa um passo importante para a computação quântica na plataforma de qubits supercondutores.

Os circuitos supercondutores são mais simples e menores e sua baixa temperatura lida bem com o fantasma da decoerência, a perda do dado pelo qubit em razão das múltiplas interferências a que os sistemas quânticos estão sujeitos.

Os qubits são feitos de pequenos pedaços de alumínio, conectados por um barramento. O chip permite o entrelaçamento entre quaisquer dois qubits, pode produzir múltiplos entrelaçamentos ou entrelaçar simultaneamente todos os 10 qubits.

A rede neural quântica é formada por um loop de 1km de fibra óptica, com a informação codificada em 2.000 parâmetros de oscilação da luz - cada um é uma superposição de "0" e "1". O resultado são os valores dos parâmetros depois de 1.000 voltas pelo loop. [Imagem: QNNCloud]

Computador quântico online gratuito

Uma equipe multi-institucional do Japão disponibilizou para uso online a qualquer interessado sua Rede Neural Quântica (QNN: Quantum Neural Network).

Trata-se de um sistema óptico capaz de resolver problemas de otimização combinatorial, como o conhecido problema do caixeiro-viajante, em que deve-se determinar a melhor sequência de cidades que um vendedor deve visitar - os algoritmos clássicos, ou não-quânticos, só conseguem resolver esse problema na força bruta.

Diferentemente de um computador quântico universal, que poderia resolver qualquer tipo de problema, a rede neural quântica é projetada para otimizar sistemas que possam ser descritos por modelos Ising - sistemas formados por unidades que podem assumir um de dois valores (0 ou 1) e somente interagem com seus vizinhos.

Esse é um limitador maior do que o computador quântico que a IBM disponibiliza pela internet, por exemplo, mas os modelos Ising podem ser usados para descrever uma ampla variedade de fenômenos.

O cadastramento para acesso pode ser feito no site da QNNCloud.

Bibliografia:

10-Qubit Entanglement and Parallel Logic Operations with a Superconducting Circuit
Chao Song, Kai Xu, Wuxin Liu, Chui-ping Yang, Shi-Biao Zheng, Hui Deng, Qiwei Xie, Keqiang Huang, Qiujiang Guo, Libo Zhang, Pengfei Zhang, Da Xu, Dongning Zheng, Xiaobo Zhu, H. Wang, Y.-A. Chen, C.-Y. Lu, Siyuan Han, Jian-Wei Pan
Physical Review Letters
Vol.: 119, 180511
DOI: 10.1103/PhysRevLett.119.180511

Observation of a many-body dynamical phase transition with a 53-qubit quantum simulator. Nature, 2017;
J. Zhang, G. Pagano, P. W. Hess, A. Kyprianidis, P. Becker, H. Kaplan, A. V. Gorshkov, Z.-X. Gong, C. Monroe
Nature
Vol.: 551 (7682): 601
DOI: 10.1038/nature24654