Cientistas da Linköping University mostraram como um computador quântico realmente funciona e conseguiram simular as propriedades do computador quântico em um computador clássico. "Nossos resultados devem ser altamente significativos para determinar como construir computadores quânticos, "diz o professor Jan-Åke Larsson.

O sonho de computadores quânticos super-rápidos e poderosos foi novamente colocado em foco, e grandes recursos foram investidos em pesquisas na Suécia, Europa e o mundo. Um computador quântico sueco será construído dentro de dez anos, e a UE designou a tecnologia quântica como um dos seus projetos emblemáticos. No momento, alguns algoritmos úteis estão disponíveis para computadores quânticos, mas espera-se que a tecnologia seja extremamente significativa em simulações de biologia, sistemas químicos e físicos que são muito complicados até mesmo para os computadores mais poderosos disponíveis atualmente. Um bit em um computador pode ter apenas o valor um ou zero, mas um bit quântico pode assumir todos os valores intermediários. Simplificando, isso significa que os computadores quânticos não precisam realizar tantas operações para cada cálculo que realizam.

Dois graus de liberdade

Professor Jan-Åke Larsson e seu aluno de doutorado Niklas Johansson, na Divisão de Codificação de Informações do Departamento de Engenharia Elétrica, Linköping University, entenderam o que acontece em um computador quântico e por que ele é mais poderoso do que um computador clássico. Seus resultados foram publicados na revista científica Entropy.

"Mostramos que a principal diferença é que os computadores quânticos têm dois graus de liberdade para cada bit. Simulando um grau adicional de liberdade em um computador clássico, podemos executar alguns dos algoritmos na mesma velocidade que alcançariam em um computador quântico, "diz Jan-Åke Larsson.

Eles construíram uma ferramenta de simulação, Quantum Simulation Logic, QSL, que permite simular a operação de um computador quântico em um computador clássico. A ferramenta de simulação contém um, e apenas um, propriedade que um computador quântico tem que um computador clássico não tem:um grau extra de liberdade para cada bit que faz parte do cálculo.

"Assim, cada bit tem dois graus de liberdade:pode ser comparado a um sistema mecânico no qual cada parte tem dois graus de liberdade - posição e velocidade. Nesse caso, lidamos com bits de computação - que carregam informações sobre o resultado da função, e bits de fase - que carregam informações sobre a estrutura da função, "Jan-Åke Larsson explica.

Algoritmos quânticos

Eles usaram a ferramenta de simulação para estudar alguns dos algoritmos quânticos que gerenciam a estrutura da função. Vários dos algoritmos são executados tão rápido na simulação quanto em um computador quântico.

"O resultado mostra que a maior velocidade em computadores quânticos vem de sua capacidade de armazenar, processar e recuperar informações em um grau adicional de liberdade de transporte de informações. Isso nos permite entender melhor como funcionam os computadores quânticos. Também, esse conhecimento deve facilitar a construção de computadores quânticos, uma vez que sabemos qual propriedade é mais importante para o computador quântico funcionar como esperado, "diz Jan-Åke Larsson.

Jan-Åke Larsson e seus colegas de trabalho também complementaram suas simulações teóricas com uma versão física construída com componentes eletrônicos. As portas são semelhantes às usadas em computadores quânticos, e o kit de ferramentas simula como funciona um computador quântico. Com a ajuda dos alunos, por exemplo, pode simular e entender como a criptografia quântica e o teletransporte quântico funcionam, e também alguns dos algoritmos de computação quântica mais comuns, como o algoritmo de Shor para fatoração. (O algoritmo funciona na versão atual da simulação, mas é igualmente rápido - ou lento - como nos computadores clássicos).