p Físicos da Universidade de Innsbruck estão propondo um novo modelo que pode demonstrar a supremacia dos computadores quânticos sobre os supercomputadores clássicos na resolução de problemas de otimização. Em um artigo recente, eles demonstram que apenas algumas partículas quânticas seriam suficientes para resolver o problema matematicamente difícil das N-rainhas no xadrez, mesmo para grandes tabuleiros de xadrez. p O problema da rainha é uma tarefa matemática, que já ocupou o grande matemático Carl Friedrich Gauss, mas para o qual ele surpreendentemente não encontrou a solução certa. O desafio aqui é como organizar oito rainhas em um tabuleiro de xadrez clássico com 8 x 8 casas para que duas rainhas não se ameacem. Matematicamente, é relativamente fácil determinar que existem 92 maneiras diferentes de organizar as rainhas. Em um tabuleiro de xadrez com 25 x 25 quadrados já existem mais de 2 bilhões de possibilidades. O cálculo desse número sozinho levou um total de 53 anos de tempo de CPU.

p A tarefa se torna ainda mais difícil se algumas rainhas já estiverem em campo e certas diagonais não estiverem ocupadas. Recentemente, foi demonstrado que, com essas restrições adicionais, o problema com 21 rainhas não pode mais ser resolvido por algoritmos matemáticos clássicos em um tempo razoável. "Me deparei com esse tópico por acaso e pensei que a física quântica realmente poderia mostrar suas vantagens aqui, "diz Wolfgang Lechner do Departamento de Física Teórica da Universidade de Innsbruck e do Instituto de Óptica Quântica e Informação Quântica da Academia Austríaca de Ciências. Junto com Helmut Ritsch e os alunos de Ph.D. Valentin Torggler e Philipp Aumann, Lechner desenvolveu um tabuleiro de xadrez quântico no qual o quebra-cabeça das rainhas poderia ser resolvido experimentalmente com a ajuda da física quântica.

p De átomos a rainhas do xadrez

p "Uma rede óptica de feixes de laser em que átomos individuais são colocados pode ser usada como um tabuleiro de xadrez, "explica Helmut Ritsch, que também é membro do Departamento de Física Teórica de Innsbruck. "Ajustando a interação entre os átomos, podemos fazer rainhas do xadrez a partir dos átomos, que se comportam de acordo com as regras do xadrez, ou seja, evitem uns aos outros em todas as direções do tabuleiro de jogo. "Esta repulsão das partículas é gerada com a ajuda de lasers, que são aplicados ao longo das direções do movimento. Por meio de um ressonador óptico - dois espelhos acima e abaixo da rede óptica - essa interação é ainda mais intensificada e se torna efetiva em distâncias muito maiores.

p "Também se pode jogar este jogo com bolas de bilhar correspondentemente repulsivas, "diz Ritsch." Mas porque existem tantas possibilidades, levaria muito, há muito tempo. Portanto, é crucial que os átomos sejam resfriados com muita força e que suas propriedades quânticas tenham efeito. Porque então eles se comportam como ondas e podem testar muitas possibilidades ao mesmo tempo. Então, rapidamente se torna aparente se há uma solução válida de acordo com as regras do xadrez para as condições dadas. "

p Supremacia quântica no horizonte

p A resposta à questão de saber se há uma solução sob as restrições dadas pode ser lida muito facilmente a partir da luz emitida pelo ressonador. Mas o arranjo específico das rainhas atômicas só poderia ser determinado por microscopia atômica, um método recentemente aplicado com sucesso em experimentos relacionados.

p Simulações em computadores clássicos sugerem fortemente que o experimento projetado pelos teóricos de Innsbruck levaria a um resultado muito mais rápido do que qualquer algoritmo matemático em um computador clássico poderia. "Isso permitiria pela primeira vez provar claramente a supremacia dos computadores quânticos para o cálculo de certos problemas de otimização, "resume Wolfgang Lechner." O controle de algumas dezenas de átomos já é uma prática padrão em laboratório, é por isso que a implementação desta ideia pode em breve se tornar realidade. "