Os físicos descobriram uma característica potencialmente revolucionária do comportamento do bit quântico, que permitiria aos cientistas simular sistemas quânticos complexos sem a necessidade de um enorme poder de computação.
Por algum tempo, o desenvolvimento da próxima geração de computadores quânticos foi limitado pela velocidade de processamento das CPUs convencionais. Mesmo os supercomputadores mais rápidos do mundo não foram poderosos o suficiente, e os computadores quânticos existentes ainda são muito pequenos para serem capazes de modelar estruturas quânticas de tamanho moderado, como processadores quânticos.
No entanto, uma equipe de pesquisadores das universidades de Loughborough e Nottingham e Innopolis agora encontrou uma maneira de contornar a necessidade de tais quantidades massivas de poder, aproveitando o comportamento caótico dos qubits – a menor unidade de informação digital.
Ao modelar o comportamento de bits quânticos (qubits), eles descobriram que, quando uma fonte de energia externa, como um laser ou sinal de microondas, era usada, o sistema se tornava mais caótico – eventualmente demonstrando o fenômeno conhecido como hipercaos.
Quando os qubits eram excitados pela fonte de energia, eles trocavam de estado, como bits regulares de computador que mudam entre zero e um, mas de uma forma muito mais irregular e imprevisível. No entanto, os pesquisadores descobriram que o grau de complexidade (hipercaos) não aumentou exponencialmente com o aumento do tamanho do sistema – que é o que se esperaria – mas, em vez disso, permaneceu proporcional ao número de unidades.
Em um novo artigo, “Emergência e controle de comportamentos complexos em sistemas dirigidos de qubits interagindo com dissipação”, publicado na revista Nature NPJ Quantum Information, a equipe mostra que esse fenômeno tem grande potencial para permitir que os cientistas simulem grandes sistemas quânticos.
Um dos autores correspondentes, Dr. Alexandre Zagoskin, da Escola de Ciências de Loughborough, disse: “Uma boa analogia é o projeto de aeronaves. Para projetar uma aeronave, é necessário resolver certas equações de dinâmica hidro (aero), que são muito difícil de resolver e só se tornou possível após a segunda guerra mundial, quando surgiram computadores poderosos. No entanto, as pessoas já projetavam e pilotavam aeronaves muito antes disso. Isso porque o comportamento do fluxo de ar podia ser caracterizado por um número limitado de parâmetros, como o número de Reynolds e o número de Mach, que podem ser determinados a partir de experimentos com modelos em pequena escala. Sem isso, a simulação direta de um sistema quântico em todos os detalhes, usando um computador clássico, torna-se impossível, uma vez que contém mais do que alguns milhares de qubits. Essencialmente, não há matéria suficiente no Universo para construir um computador clássico capaz de lidar com o problema. Se pudermos caracterizar diferentes regimes de um computador quântico de 10.000 qubit apenas 10.000 desses parâmetros em vez de 210.000 – que é aproximadamente 2 vezes 1 com três mil zeros – isso seria um verdadeiro avanço. ”
Os novos resultados mostram que um sistema quântico mostra padrões qualitativamente diferentes de comportamento de caso geral, e as transições entre eles são governadas por um número relativamente pequeno de parâmetros.
Se isso for verdade, então os pesquisadores serão capazes de determinar os valores críticos desses parâmetros, por exemplo, construir e testar modelos em escala e, fazendo algumas medições do sistema real, dizer se os parâmetros de nosso processador quântico permitir que funcione corretamente ou não.
Como bônus, a complexidade controlável no comportamento de grandes sistemas quânticos abre novas possibilidades no desenvolvimento de novas ferramentas de criptografia quântica.
Publicado em 27/01/2021 15h57
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