Um novo teste para verificar se um computador quântico está dando respostas corretas a perguntas além do escopo da computação tradicional poderia ajudar a realizar o primeiro computador quântico que pode superar um computador clássico.

Ao criar um protocolo que permite a um computador quântico verificar suas próprias respostas para problemas difíceis, os cientistas da Universidade de Warwick forneceram um meio de confirmar se um computador quântico está funcionando corretamente sem o uso excessivo de recursos.

Samuele Ferracin, Theodoros Kapourniotis e o Dr. Animesh Datta do Departamento de Física da Universidade abordaram recentemente esse problema em um artigo para o New Journal of Physics , publicado hoje.

Os pesquisadores desenvolveram um protocolo para quantificar os efeitos do ruído nas saídas de computadores quânticos. O ruído é definido como qualquer coisa que afeta o hardware de uma máquina quântica, mas está além do controle do usuário, como flutuações de temperatura ou falhas na fabricação. Isso pode afetar a precisão dos resultados de um computador quântico.

Quando aplicado, o teste dos pesquisadores produz duas porcentagens:quão próximo ele estima que o computador quântico está do resultado correto e quão confiante um usuário pode estar dessa proximidade.

O teste ajudará os construtores de computadores quânticos a determinar se sua máquina está funcionando corretamente para ajudar a refinar seu desempenho, um passo fundamental para estabelecer a utilidade da computação quântica no futuro.

O Dr. Animesh Datta, do Departamento de Física da Universidade de Warwick, disse:"Um computador quântico só é útil se fizer duas coisas:primeiro, que resolve um problema difícil; o segundo, que eu acho que é menos apreciado, é que ele resolve o problema difícil corretamente. Se resolver incorretamente, não tínhamos como descobrir. Portanto, o que nosso artigo fornece é uma maneira de decidir o quão perto o resultado de um cálculo está de ser correto. "

Determinar se um computador quântico produziu uma resposta correta para um problema difícil é um desafio significativo, pois, por definição, esses problemas estão além do escopo de um computador clássico existente. Verificar se a resposta produzida está correta normalmente envolve o uso de um grande número de computadores clássicos para resolver o problema, algo que não é viável fazer enquanto eles enfrentam problemas cada vez mais desafiadores.

Em vez de, os pesquisadores propuseram um método alternativo que envolve o uso do computador quântico para executar uma série de cálculos fáceis para os quais já sabemos a resposta e estabelecer a precisão desses resultados. Com base nisso, os pesquisadores podem estabelecer um limite estatístico de quão longe o computador quântico pode estar da resposta correta no difícil problema que queremos que ele responda, conhecido como cálculo de destino.

É um processo semelhante ao que os programadores de computador usam para verificar grandes programas de computador, colocando em pequenas funções com respostas conhecidas. Se o programa responder corretamente a um número suficiente de perguntas, eles podem ter certeza de que todo o programa está correto.

O Dr. Datta acrescenta:"O objetivo de ter um computador quântico é não gastar uma quantidade exponencial de tempo resolvendo problemas, então, levar uma quantidade exponencial de tempo para verificar se está correto ou não anula o objetivo. Portanto, nosso método é eficiente porque não requer uma quantidade exponencial de recursos.

"Não precisamos de um computador clássico para verificar nosso computador quântico. Nosso método é autocontido em um sistema quântico que pode ser usado independentemente de grandes servidores."

O autor principal, Samuele Ferracin, tem desenvolvido maneiras para os cientistas que trabalham com computadores quânticos incorporarem o teste em seu trabalho. Ele disse:"Passamos os últimos anos pensando em novos métodos para verificar as respostas dos computadores quânticos e propondo-os aos experimentalistas. Os primeiros métodos acabaram sendo muito exigentes para os computadores quânticos existentes, que só pode implementar cálculos 'pequenos' e executar tarefas restritas. Com nosso trabalho mais recente, desenvolvemos com sucesso um método que se adapta aos computadores quânticos existentes e abrange todas as suas principais limitações. Agora estamos colaborando com experimentalistas para entender como funciona em uma máquina real. "

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 clássica. Certos tipos de problemas, como aqueles encontrados na quebra de código e na química, são particularmente adequados para explorar esta propriedade.

Os últimos anos testemunharam avanços experimentais sem precedentes. Os maiores computadores quânticos estão dobrando de tamanho a cada seis meses e agora parecem muito próximos de alcançar a supremacia quântica. A supremacia quântica se refere a um marco no desenvolvimento de computadores quânticos, onde um computador quântico primeiro executa uma função que exigiria uma quantidade excessivamente grande de tempo usando um computador clássico.

O Dr. Datta acrescenta:"O que nos interessa é projetar ou identificar maneiras de usar essas máquinas quânticas para resolver problemas difíceis de física e química, para projetar novos produtos químicos e materiais, ou identificar materiais com propriedades interessantes ou exóticas. E é por isso que estamos particularmente interessados ​​na exatidão do cálculo. "