SBF
27/03/2023

Imagem: rawpixel / Domínio público, CC0

As gigantes empresas de tecnologia Alphabet, Microsoft, IBM e centros de pesquisas de governos como a China e a Rússia realizam uma disputa acirrada para desenvolver a computação quântica, capaz de realizar operações milhões de vezes mais rápidas que a computação tradicional. Apesar dos avanços obtidos desde a primeira máquina construída no fim da década dos anos 2000 pela D-Wave Systems, a grande dificuldade das iniciativas atuais é garantir a confiabilidade dos dados dessas máquinas.

Um estudo teórico publicado na revista Physical Review Letters, em outubro de 2022, pelo físico Artur Soriani Alves, busca contribuir nos avanços para garantir que um problema possa ser resolvido por computador quântico com a maior fidelidade possível. Alves nasceu em Maringá, no Paraná, onde se formou em 2016 em Física pela Universidade Estadual de Maringá e concluiu seu mestrado na Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), em 2018, e o doutorado na mesma universidade, em 2022.

A computação tradicional é realizada, basicamente, com a passagem de corrente elétrica pelos pinos de processadores e outros elementos eletrônicos, gerando uma linguagem binária na qual 0 significa que não há corrente elétrica e 1, quando há fluxo de energia. Portanto, o bit, a menor unidade de processamento, pode ser 0 ou 1.

Na computação quântica, a menor unidade de processamento é chamada de qubit que, pelo estado da matéria no campo subatômico, pode assumir 0 e 1 ao mesmo tempo ou graduações entre esses dois estados. O que por um lado acelera a capacidade de processamento, acaba também gerando mais erros. No fim de fevereiro, por exemplo, o Google anunciou que conseguiu elaborar um quibt que produz um erro a cada mil a 10 mil operações, uma conquista tecnológica. Mas os próprios engenheiros da companhia avaliam que seria satisfatório um erro a cada 1 milhão ou bilhão de operações, o que deixa ainda em aberto o quanto será necessário de pesquisa para se alcançar esse grau de acerto.

“Shortcuts to Thermodynamic Quasistaticity”, artigo de Alves em parceria com outros pesquisadores, busca um caminho de análise teórico que foge à observação dos qubits para se ater no que é possível de ser mensurado, a termodinâmica e o magnetismo, a partir da análise do D-Wave, um dos primeiros computadores quânticos. Essa máquina manipula os elementos subatômicos do sistema por meio de anéis pelos quais passam rajadas de correntes elétricas que, por sua vez, formam dipolos magnéticos que interagem entre si e com um campo magnético externo.

“A gente atacou esse problema sob o ponto de vista termodinâmico, porque nós, muitas vezes, não temos acesso ao estado quântico do sistema, mas sim às variáveis de estado observáveis, como temperatura, pressão volume e o campo magnético”, explica o cientista, em entrevista ao Boletim SBF (Sociedade Brasileira de Física).

Para estudar essa questão, os pesquisadores se basearam na chamada computação quântica adiabática. Este é um termo emprestado da termodinâmica pela física clássica e pela mecânica quântica que, no contexto da computação, significa um processo no qual a dinâmica do sistema é previsível dentro de um tempo maior que o natural observado no âmbito de escalas subatômicas.

“A gente sabe que é possível fazer essas evoluções muito lentas, mas muitas vezes em experimentos reais, a gente não tem muito tempo. A pergunta que eu busco responder neste artigo é: eu consigo de maneira inteligente escolher como manipular o sistema para fazer com que a sua evolução seja previsível mesmo sem esperar muito tempo, do ponto de vista de um sistema quântico?”, explica Alves, que, pelo menos teoricamente, acredita que seus cálculos podem ser usados para se responder afirmativamente à questão. Essa teoria, avalia ele, poderá contribuir para definir a velocidade de processamento do computador bem como a sua confiabilidade.

“Sim, é possível. Fazemos considerações em escala de tempo em que é possível realizar no D-Wave essas operações. Mostramos que, de maneira inteligente, a gente consegue controlar o campo magnético de maneira que ele leve o sistema de um estado fundamental para outro por meio de uma evolução previsível”, afirma Alves, 29 anos, que desde dezembro de 2022 está em Israel para iniciar seu pós-doutorado na Universidade de Tel Aviv. No futuro, Alves espera realizar novos trabalhos teóricos para otimizar sistemas de computação quântica e os limites das teorias.

Artigo científico
Shortcuts to Thermodynamic quasistaticity
Artur Soriani, Eduardo Miranda, Sebastian Deffner, e Marcus V. S. Bonança
Phys. Rev. Lett.129, 170602 – Publicado em 18 de outubro de 2023
https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.129.170602 [1],[2]

[1] Texto de Roger Marzochi

[2] Publicação original: https://sbfisica.org.br/v1/sbf/estudo-pode-contribuir-com-a-fidelidade-da-computacao-quantica/

Como citar esta notícia: SBF. Estudo pode contribuir com a fidelidade da computação quântica.  Saense. https://saense.com.br/2023/03/estudo-pode-contribuir-com-a-fidelidade-da-computacao-quantica/. Publicado em 27 de março (2023).

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