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    Programa de computador desenvolvido para encontrar vazamentos em computadores quânticos

    Crédito CC0:domínio público

    Um novo programa de computador que detecta quando a informação em um computador quântico está escapando para estados indesejados dará aos usuários dessa tecnologia promissora a capacidade de verificar sua confiabilidade sem nenhum conhecimento técnico pela primeira vez.

    Pesquisadores do Departamento de Física da Universidade de Warwick desenvolveram um programa de computador quântico para detectar a presença de 'vazamento', onde a informação sendo processada por um computador quântico escapa dos estados de 0 e 1.

    Seu método é apresentado em um artigo publicado hoje (19 de março) na revista. Revisão Física A , e inclui dados experimentais de sua aplicação em uma máquina acessível ao público, que mostra que estados indesejáveis ​​estão afetando certos cálculos.

    A computação quântica aproveita as propriedades incomuns da física quântica para processar informações de uma maneira totalmente diferente dos computadores convencionais. Aproveitando o comportamento dos sistemas quânticos, como existir em vários estados diferentes ao mesmo tempo, esta forma radical de computação é projetada para processar dados em todos esses estados simultaneamente, emprestando uma grande vantagem sobre a computação convencional.

    Na computação convencional, computadores quânticos usam combinações de 0s e 1s para codificar informações, mas os computadores quânticos podem explorar estados quânticos que são 0 e 1 ao mesmo tempo. Contudo, o hardware que codifica essas informações às vezes pode codificá-las incorretamente em outro estado, um problema conhecido como 'vazamento'. Mesmo um vazamento minúsculo se acumulando em muitos milhões de componentes de hardware pode causar erros de cálculo e erros potencialmente graves, anulando qualquer vantagem quântica sobre os computadores convencionais. Como parte de um conjunto muito mais amplo de erros, o vazamento está desempenhando seu papel na prevenção de computadores quânticos de serem ampliados para aplicações comerciais e industriais.

    Armado com o conhecimento de quanto vazamento quântico está ocorrendo, os engenheiros da computação serão mais capazes de construir sistemas que mitiguem isso e os programadores podem desenvolver novas técnicas de correção de erros para levar isso em conta.

    Dr. Animesh Datta, Professor Associado de Física, disse:"O interesse comercial pela computação quântica está crescendo, então gostaríamos de perguntar como podemos dizer com certeza que essas máquinas estão fazendo o que deveriam fazer.

    "Computadores quânticos são idealmente feitos de qubits, mas como acontece em dispositivos reais, algumas vezes eles não são qubits - mas na verdade são qutrits (três estados) ou ququarts (quatro sistemas de estados). Esse problema pode corromper todas as etapas subsequentes de sua operação de computação.

    "A maioria das plataformas de hardware de computação quântica sofre com esse problema - até mesmo unidades de computador convencionais apresentam vazamento magnético, por exemplo. Precisamos de engenheiros de computação quântica para reduzir o vazamento tanto quanto possível por meio do projeto, mas também precisamos permitir que os usuários de computador quântico realizem testes de diagnóstico simples para ele.

    "Se os computadores quânticos entrarem no uso comum, é importante que um usuário sem ideia de como funciona um computador quântico possa verificar se ele está funcionando corretamente sem exigir conhecimento técnico, ou se eles estão acessando esse computador remotamente. "

    Os pesquisadores aplicaram seu método usando os dispositivos quânticos IBM Q Experience, por meio do serviço de nuvem publicamente acessível da IBM. Eles usaram uma técnica chamada testemunho de dimensão:aplicando repetidamente a mesma operação na plataforma IBM Q, eles obtiveram um conjunto de dados de resultados que não podem ser explicados por um único bit quântico, e apenas por uma forma mais complicada, sistema quântico de dimensão superior. Eles calcularam que a probabilidade dessa conclusão surgir do mero acaso é inferior a 0,05%.

    Enquanto os computadores convencionais usam dígitos binários, ou 0s e 1s, para codificar informações em transistores, os computadores quânticos usam partículas subatômicas ou circuitos supercondutores conhecidos como transmons para codificar essa informação como um qubit. Isso significa que ele está em uma superposição de 0 e 1 ao mesmo tempo, permitindo que os usuários calculem em diferentes sequências dos mesmos qubits simultaneamente. Conforme o número de qubits aumenta, o número de processos também aumenta exponencialmente. Certos tipos de problemas, como aqueles encontrados na quebra de código (que depende da fatoração de números inteiros grandes) e na química (como a simulação de moléculas complicadas), são particularmente adequados para explorar esta propriedade.

    Transmons (e outro hardware de computador quântico) podem existir em um grande número de estados:0, 1, 2, 3, 4 e assim por diante. Um computador quântico ideal usa apenas os estados 0 e 1, bem como sobreposições destes, caso contrário, surgirão erros na computação quântica.

    Dr. George Knee, cujo trabalho foi financiado por uma bolsa de pesquisa da Comissão Real para a Exposição de 1851, disse:"É incrível ser capaz de fazer esta conclusão a uma distância de vários milhares de milhas, com acesso muito limitado ao próprio chip IBM. Embora nosso programa só fizesse uso das instruções de 'qubit único' permitidas, a abordagem de testemunho de dimensão foi capaz de mostrar que estados indesejados estavam sendo acessados ​​nos componentes do circuito transmon. Vejo isso como uma vitória para qualquer usuário que deseja investigar as propriedades anunciadas de uma máquina quântica sem a necessidade de consultar detalhes específicos de hardware. "

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