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Nova pesquisa comprova: computador quântico é mais poderoso do que clássico

Novo circuito ajuda equipe alemã a resolver cálculo matemático impossível para um computador tradicional. Entenda

Da Redação

22/10/2018 às 16h31

Foto: Shutterstock

Computadores quânticos oferecem vantagem computacional em relação a computadores clássicos. Muitos especialistas já têm garantido isso, mas, agora, a prova vem de uma equipe de pesquisadores internacional. De acordo com um artigo publicado na revista Science, o grupo projetou um circuito quântico que foi capaz de resolver um problema matemático que seria impossível para um computador tradicional resolver quando sujeito às mesmas restrições.

"Nosso trabalho mostra que os circuitos quânticos são computacionalmente mais poderosos do que os clássicos da mesma estrutura", explicou Robert König, teórico da complexidade na Universidade Técnica de Munique e principal autor do artigo. “Não estamos dizendo que o problema não pode ser resolvido classicamente. Pode, embora isso exija mais recursos”.

A vantagem quântica aconteceu por causa da “não localidade” (nonlocality), uma característica dos sistemas quânticos espacialmente isolados que permite que eles sejam considerados um só sistema: uma mudança em um sistema resulta – no mesmo momento – em uma mudança em outro.

Para entender melhor, qubits são o análogo quântico de bits (de um computador tradicional), exceto que sendo um ou um zero, os qubits podem apresentar uma “superposição” de ambos ao mesmo tempo.

Com a projeção de circuitos quânticos, há uma compensação entre o número de qubits interagindo no circuito e o número de operações que podem ser executadas nesses qubits – denominado de “profundidade” do circuito. Aumentar essa “profundidade” faz com que cresça, também, as habilidades de processamento de informações.

Por outro lado, esse aumento exige uma diminuição correspondente. Um circuito com um grande número de qubits é limitado a um pequeno número de operações (tem uma profundidade “superficial”), tornando difícil a vantagem sobre os computadores tradicionais.

O problema ocorre porque um circuito quântico que não incorpora a correção de erros é limitado em seu número de operações que podem ser executadas no qubits antes que elas acabem “quebrando”, perdendo seus dados. Ou seja, conforme mais qubits são lançados, há mais espaço para erros, causando um decréscimo no número de operações que podem ser executadas antes de serem desfeitas.

Para acabar com isso, a equipe de Kônig projetou um circuito quântico em que vários circuitos superficiais operam em paralelo, mas ainda podem ser considerados como um único sistema por causa da não localidade. Os circuitos foram capazes de resolver um problema de álgebra usando um número fixo de operações (eles tinham uma “profundidade constante”), algo matematicamente impossível em um circuito clássico.

Vantagens como essa permitirão, em teoria, que futuros computadores quânticos façam cálculos muito mais rapidamente do que um computador clássico. O algoritmo de Shor, por exemplo, permite que os computadores quânticos descubram os fatores de primos e possam, eventualmente, permitir que os computadores quânticos com grande número de qubits quebrem as formas mais modernas de criptografia.

Uma das questões mais complicadas para os estudiosos é a capacidade de dizer quando um computador quântico ultrapassou definitivamente as habilidades de um computador clássico. Um computador tradicional não é tão ágil para realizar o algoritmo de Shor, mas isso não significa que o mesmo nível de eficiência não possa ser alcançado no computador clássico. Pode ser que ainda não tenha sido descoberto o método correto.

Isso leva à teoria da complexidade, habitada por pesquisadores que investigam a fronteira entre computadores clássicos e quânticos. Ainda que a teoria tenha muitas conclusões sobre porque vários algoritmos quânticos estão além do alcance, essas conjeturas ainda não foram provadas.

Os pesquisadores alemães veem seu trabalho como um dos fundamentos matemáticos para aplicações práticas e experimentais no futuro próximo. Com a simplificação dos circuitos, eles poderão estar ao alcance de computadores quânticos experimentais em não muito tempo.

"Realização experimental de tais circuitos exigirá considerações adicionais, incluindo um estudo dos efeitos do ruído e uma otimização do número de qubits necessários. Nosso trabalho é uma prova de princípio mostrando que os computadores quânticos podem, de fato, ser melhores na resolução de um determinado problema. Isso é bom de saber, mas, na prática, gostaríamos de abordar problemas menos planejados que aparecem em outras áreas da ciência”, finaliza Kônig.