Os computadores quânticos do futuro prometem resolver problemas complexos mais rapidamente do que os computadores comuns. Por exemplo, eles podem fatorar grandes números exponencialmente mais rápido do que os computadores clássicos, o que lhes permitiria quebrar códigos no sistema de criptografia mais comumente usado. Existem outras aplicações potenciais para computadores quânticos, também, como resolver problemas de química complicados envolvendo a mecânica das moléculas. Mas exatamente quais tipos de aplicativos serão os melhores para computadores quânticos, que ainda pode estar a uma década ou mais de se tornar realidade, ainda é uma questão em aberto.

Em um novo estudo da Caltech, aceito pelo Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos (IEEE) 2017 Simpósio sobre Fundamentos da Ciência da Computação, pesquisadores demonstraram que a computação quântica pode ser útil para acelerar as soluções para "programas semidefinidos, "uma classe de problemas de otimização amplamente utilizada. Esses programas incluem os chamados programas lineares, que são usados, por exemplo, quando uma empresa deseja minimizar o risco de sua carteira de investimentos ou quando uma companhia aérea deseja designar tripulações de maneira eficiente para seus voos.

O estudo apresenta um novo algoritmo quântico que pode acelerar soluções para problemas semidefinidos, às vezes exponencialmente. Algoritmos quânticos são conjuntos de instruções que dizem aos computadores quânticos o que fazer para resolver problemas.

"Um dos objetivos da computação quântica é acelerar os cálculos a níveis que excedem em muito o que os computadores clássicos podem fazer, "diz Fernando Brandão, o Professor Bren de Física Teórica na Caltech. O co-autor de Brandão é Krysta Svore da Microsoft, que financiou parcialmente o estudo.

O novo algoritmo quântico iria, em particular, acelera muito os programas semidefinidos usados ​​para aprender estados quânticos desconhecidos. Brandão diz que esse tipo de problema de "aprendizado quântico" é enfrentado por pesquisadores que estudam grandes sistemas quânticos em uma variedade de sistemas diferentes, como qubits supercondutores, que são unidades de informação quântica semelhantes a bits de computador que operariam com base em tecnologia supercondutora. Os programas semidefinidos são usados ​​para dar uma descrição de como a matéria quântica está se comportando, e isto, por sua vez, permite que os pesquisadores entendam melhor os estados bizarros do mundo subatômico.

"Este tipo de aplicativo é um bom candidato para uso em computação quântica, "diz Brandão." Ainda estamos longe de conhecer todas as aplicações da computação quântica, e isso é parte da empolgação - existem possibilidades com as quais ainda nem sonhamos. "

O estudo, intitulado, "Quantum Speed-ups for Semidefinite Programming, "foi financiado pela Microsoft, a National Science Foundation, e Caltech.