Os sistemas de computação quântica, sistemas de computador baseados nos princípios-chave da teoria quântica, podem superar significativamente os sistemas de computação convencionais, tanto em termos de velocidade quanto de desempenho. Ao longo da última década ou mais, muitos físicos em todo o mundo têm tentado desenvolver esses sistemas e avaliar seu potencial.
Em vez de codificar informações em bits, unidades de informação com valores binários (ou seja, 1 ou 0), os computadores quânticos usam bits ou qubits quânticos. Qubits são análogos da mecânica quântica de bits que podem existir em mais de um estado (ou seja, 1 e 0 simultaneamente).
A maioria dos sistemas de computação quântica desenvolvidos até agora consiste em uma série de qubits colocados em um chip 2D, que computa diretamente as informações. Já os computadores clássicos são compostos por um processador, que processa as informações, e uma memória, que as armazena.
Pesquisadores da Université Paris – Saclay, CNRS, CEA, recentemente realizaram um estudo avaliando o desempenho de um computador quântico com uma estrutura que se assemelha a de computadores convencionais. Seus resultados, publicados na Physical Review Letters, sugerem que a incorporação de unidades de armazenamento de informações quânticas em sistemas de computação quântica pode permitir a criação de dispositivos que contêm significativamente menos qubits em seus processadores.
“A arquitetura geralmente considerada para computadores quânticos consiste em colocar todos os qubits em um chip 2D e executar a computação diretamente nesses qubits”, disse Élie Gouzien, uma das pesquisadoras que realizaram o estudo, ao Phys.org. “Em nosso trabalho, queríamos desafiar essa ideia de ter todos os qubits em um único processador e investigamos outra arquitetura, mais próxima da de um computador clássico, onde um pequeno processador é acoplado a uma memória.”
Para comparar efetivamente sua arquitetura com os sistemas de computação quântica existentes, Gouzien e seus colegas decidiram avaliar sua capacidade de executar um determinado algoritmo. Mais especificamente, eles avaliaram os recursos de que sua arquitetura precisava para executar esse algoritmo, incluindo a sobrecarga de correção de erros.
“Detalhamos a decomposição do algoritmo em portas elementares, adaptando-o para se ajustar à arquitetura sob investigação”, disse Gouzien. “Também levamos em consideração a sobrecarga da correção de erros. Em seguida, colocamos essas duas partes juntas para avaliar os recursos físicos necessários para executar o algoritmo de fatoração.”
Os pesquisadores mostraram que usando um processador feito de 13.436 qubits físicos combinados com uma memória que pode armazenar 28 milhões de modos espaciais e 45 modos temporais, um inteiro RSA de 2048 bits poderia ser fatorado em 177 dias com códigos de cores de medidor 3D. Eles também sugerem a inserção de etapas adicionais de correção de erros dos qubits armazenados a cada segundo, o que aumentaria o tempo de execução em aproximadamente 23%. A equipe descobriu que também poderia atingir tempos de execução e armazenamento mais curtos simplesmente aumentando o número de qubits na unidade de processamento.
No geral, Gouzien e seus colegas descobriram que a adição de um componente de memória poderia reduzir drasticamente o número de qubits dentro do processador de um sistema de computação quântica. Em seu artigo, a equipe sugere que sua arquitetura poderia ser realizada colocando uma interface de micro-ondas entre um processador feito de qubits supercondutores e uma memória multiplexada.
“Claro, projetar uma memória quântica eficiente não é uma tarefa fácil, mas já é um domínio de pesquisa e é um desafio mais distinto do que encaixar milhões de qubits em um criostato”, disse Gouzien. “Esperamos que nosso artigo estimule a pesquisa sobre memórias quânticas e também oriente seu uso para computação.”
Publicado em 15/10/2021 10h10
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