(Phys.org) —Os físicos demonstraram experimentalmente um método puramente quântico para resolver sistemas de equações lineares que tem o potencial de funcionar exponencialmente mais rápido do que os melhores métodos clássicos. Os resultados mostram que a computação quântica pode eventualmente ter aplicações práticas de longo alcance, já que a solução de sistemas lineares é comumente feita em ciência e engenharia.

Os físicos, liderado por Haohua Wang na Universidade de Zhejiang e Chao-Yang Lu e Xiaobo Zhu na Universidade de Ciência e Tecnologia da China, junto com seus co-autores de várias instituições na China, publicaram seu artigo sobre o que eles chamam de "solucionador linear quântico" em uma edição recente da Cartas de revisão física .

"Pela primeira vez, demonstramos um algoritmo quântico para resolver sistemas de equações lineares em um circuito quântico supercondutor, "Lu disse Phys.org . "[Esta é] uma das melhores plataformas de estado sólido com excelente escalabilidade e notável alta fidelidade."

O algoritmo quântico que implementaram é chamado de Harrow, Hassidim, e algoritmo Lloyd (HHL), que anteriormente demonstrou ter a habilidade, em princípio, para levar a uma aceleração quântica exponencial sobre algoritmos clássicos. Contudo, até agora, isso não foi demonstrado experimentalmente.

No novo estudo, os cientistas mostraram que um circuito quântico supercondutor executando o algoritmo HHL pode resolver o tipo mais simples de sistema linear, que tem duas equações com duas variáveis. O método usa apenas quatro qubits:um ancilla qubit (um componente universal da maioria dos sistemas de computação quântica), e três qubits que correspondem ao vetor de entrada b e as duas soluções representadas pelo vetor solução x no sistema linear padrão A x = b , onde A é uma matriz 2 x 2.

Ao realizar uma série de rotações, trocas de estados, e conversões binárias, o algoritmo HHL determina as soluções para este sistema, que pode então ser lido por uma medição de não demolição quântica. Os pesquisadores demonstraram o método usando 18 vetores de entrada diferentes e a mesma matriz, gerando soluções diferentes para diferentes entradas. Como explicam os pesquisadores, é muito cedo para dizer quão mais rápido esse método quântico pode funcionar, uma vez que esses problemas são facilmente resolvidos por métodos clássicos.

"Todo o processo de cálculo leva cerca de um segundo, "Zhu disse." É difícil comparar diretamente a versão atual com os métodos clássicos agora. Nesse trabalho, mostramos como resolver o sistema linear 2 x 2 mais simples, que pode ser resolvido por métodos clássicos em um tempo muito curto. O principal poder do algoritmo quântico HHL é que, ao resolver uma matriz de sistema 's-esparso' de um tamanho muito grande, ele pode ganhar uma aceleração exponencial em comparação com o melhor método clássico. Portanto, seria muito mais interessante mostrar tal comparação quando o tamanho da equação linear fosse dimensionado para um sistema muito grande. "

Os pesquisadores esperam que, no futuro, este circuito quântico poderia ser ampliado para resolver sistemas lineares maiores. Eles também planejam melhorar ainda mais o desempenho do sistema, fazendo alguns ajustes diretos na fabricação do dispositivo para reduzir alguns dos erros em sua implementação. Além disso, os pesquisadores querem investigar como o circuito pode ser usado para implementar outros algoritmos quânticos para uma variedade de aplicações em grande escala.

"Nossa pesquisa futura se concentrará em melhorar o desempenho do hardware, incluindo tempos de coerência mais longos, portas lógicas de maior precisão, números maiores de qubits, diafonia inferior, melhor fidelidade de leitura, etc, "Disse Wang." Com base na melhoria do hardware, vamos demonstrar e otimizar mais algoritmos quânticos para realmente mostrar o poder do processador quântico supercondutor. "

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