Pesquisadores do CSC — IT Center for Science, A Aalto University e Åbo Akademi e seus colaboradores da Boston University nos EUA demonstraram pela primeira vez como o ruído afeta a computação quântica de forma sistemática. Os resultados são publicados na prestigiosa revista. Cartas de revisão física .

Em um computador clássico, todos os dados são divididos em sequências de bits com os valores zero e 1, e esses dois valores correspondem aos estados "ligado" ou "desligado" dos milhões de minúsculos interruptores eletrônicos na unidade de processamento e na memória do computador.

De acordo com os princípios da mecânica quântica, o conceito de um bit pode ser generalizado para um "qubit, "cujo estado pode ser zero e um ao mesmo tempo e de muitas maneiras diferentes (uma superposição). Um computador quântico pode ser construído usando um grande número desses qubits, que devem ser programados usando algoritmos e linguagens completamente novos. Um computador quântico pode, em princípio, ser capaz de resolver problemas que são praticamente impossíveis de resolver em um computador clássico - por exemplo, projetar novas moléculas ou materiais com as propriedades desejadas por cálculos no nível atômico e eletrônico (o que por si só requer o uso da mecânica quântica).

Por ter sido um conceito teórico explorado principalmente em laboratórios universitários, os computadores quânticos estão emergindo rapidamente no cenário comercial. As máquinas disponíveis ainda são amplamente experimentais, e são usados ​​por empresas e instituições de pesquisa para explorar aplicações potenciais e se preparar para a era antecipada da "supremacia quântica" (o que significa que os computadores quânticos se tornam mais poderosos do que os clássicos, pelo menos para alguns problemas).

Os qubits são muito sensíveis ao ruído

Um grande desafio é que os qubits são muito sensíveis ao ruído que rapidamente pode destruir seus estados de superposição quântica. Mesmo que os dispositivos sejam resfriados a apenas uma fração de grau acima do zero absoluto de temperatura para minimizar o ruído proveniente do ambiente térmico, o tempo de vida dos estados de superposição ainda é muito curto, frequentemente menos de um microssegundo.

Com um tipo de computador quântico produzido pela empresa canadense D-Wave Systems, certos problemas de otimização podem ser resolvidos pelo princípio do recozimento quântico. Aqui, a propriedade quântica dos qubits é gradualmente alterada de tal forma que eles eventualmente "congelam" na solução do problema programado no dispositivo. Contudo, este processo é sensível ao ruído de uma forma que não é bem compreendida.

Agora, uma equipe de pesquisadores de três instituições finlandesas (CSC, Aalto University, e Abo Akademi University) e seus colaboradores da Boston University nos EUA demonstraram pela primeira vez como o ruído afeta um cálculo de forma sistemática. Variando o tempo durante o qual a propriedade quântica dos qubits é alterada (de microssegundos para milissegundos) e estudando diferentes números de qubits acoplados em um dispositivo D-Wave, eles foram capazes de confirmar um princípio geral de criação de defeitos (significando erros no cálculo).

De acordo com este princípio, um tempo de computação mais longo deve dar um resultado melhor, mas os pesquisadores descobriram que o ruído afeta negativamente os resultados mais se o tempo for mais longo. Eles explicaram esse comportamento por um modelo matemático, que será uma ferramenta útil para diagnosticar futuros dispositivos de recozimento quântico e encontrar as melhores maneiras de operá-los.

De acordo com o membro da equipe Anders Sandvik (Boston University), dispositivos de recozimento quântico podem em breve se tornar ferramentas importantes para simular comportamentos quânticos da matéria, uma vez que a quantidade de ruído é reduzida ainda mais.

"O trabalho bem-sucedido da equipe representa o primeiro grande esforço de pesquisa finlandês sobre o paradigma do recozimento quântico da computação quântica, "disse Jan Åström, membro da equipe do CSC. "A computação quântica está evoluindo rapidamente, e a CSC está planejando projetos adicionais para promover a construção de uma forte competência finlandesa nesta área de vanguarda crítica da ciência e tecnologia. "