Os físicos quânticos da Universidade de Sussex criaram um algoritmo que acelera a taxa de cálculos nos primeiros computadores quânticos que estão sendo desenvolvidos atualmente. Eles criaram uma nova maneira de rotear os íons - ou átomos carregados - ao redor do computador quântico para aumentar a eficiência dos cálculos.

A equipe de Sussex mostrou como os cálculos em tal computador quântico podem ser feitos de forma mais eficiente, usando seu novo 'algoritmo de roteamento'. Seu artigo "Roteamento Qubit Eficiente para um Computador Quantum de Íon Preso Globalmente Conectado" foi publicado na revista Tecnologias Quantum Avançadas .

A equipe que trabalhou neste projeto foi liderada pelo professor Winfried Hensinger e incluiu Mark Webber, Dr. Steven Herbert e Dr. Sebastian Weidt. Os cientistas criaram um novo algoritmo que regula o tráfego dentro do computador quântico da mesma forma que gerencia o tráfego em uma cidade movimentada. No projeto de íons aprisionados, os qubits podem ser transportados fisicamente por longas distâncias, para que eles possam interagir facilmente com outros qubits. Seu novo algoritmo significa que os dados podem fluir através do computador quântico sem nenhum 'engarrafamento'. Isso, por sua vez, dá origem a um computador quântico mais poderoso.

Espera-se que os computadores quânticos sejam capazes de resolver problemas complexos demais para os computadores clássicos. Os computadores quânticos usam bits quânticos (qubits) para processar informações de uma maneira nova e poderosa. A arquitetura do computador quântico particular que a equipe analisou primeiro é um computador quântico de 'íon aprisionado', consistindo em microchips de silício com átomos carregados individuais, ou íons, levitando acima da superfície do chip. Esses íons são usados ​​para armazenar dados, onde cada íon contém um bit quântico de informação. A execução de cálculos em um computador quântico envolve a movimentação de íons, semelhante a jogar um jogo de Pacman, e quanto mais rápido e eficiente os dados (os íons) podem ser movidos, mais poderoso será o computador quântico.

Na corrida global para construir um computador quântico em grande escala, existem dois métodos principais, dispositivos 'supercondutores' nos quais grupos como IBM e Google se concentram, e dispositivos de 'íons presos' que são usados ​​pelo grupo Ion Quantum Technology da Universidade de Sussex, e a recém-criada empresa Universal Quantum, entre outros.

Computadores quânticos supercondutores têm qubits estacionários que normalmente só são capazes de interagir com qubits imediatamente próximos uns dos outros. Cálculos envolvendo qubits distantes são feitos pela comunicação através de uma cadeia de qubits adjacentes, um processo semelhante ao jogo de telefone (também conhecido como 'Sussurros chineses'), onde a informação é sussurrada de uma pessoa para outra ao longo de uma fila de pessoas. Da mesma forma que no jogo do telefone, as informações tendem a ficar mais corrompidas quanto mais longa for a cadeia. De fato, os pesquisadores descobriram que esse processo limitará o poder computacional dos computadores quânticos supercondutores.

Em contraste, implantando seu novo algoritmo de roteamento para sua arquitetura de íons presos, os cientistas de Sussex descobriram que sua abordagem de computação quântica pode atingir um nível impressionante de poder computacional. 'Quantum Volume' é um novo benchmark que está sendo usado para comparar o poder computacional de computadores quânticos de curto prazo. Eles foram capazes de usar Quantum Volume para comparar sua arquitetura com um modelo para qubits supercondutores, onde eles assumiram níveis semelhantes de erros para ambas as abordagens. Eles descobriram que a abordagem de íons presos teve um desempenho consistentemente melhor do que a abordagem de qubit supercondutor, porque seu algoritmo de roteamento permite essencialmente que os qubits interajam diretamente com muitos mais qubits, o que, por sua vez, dá origem a um maior poder computacional esperado.

Mark Webber, pesquisador de doutorado no Sussex Center for Quantum technologies, na Universidade de Sussex, disse, "Agora podemos prever o poder computacional dos computadores quânticos que estamos construindo. Nosso estudo indica uma vantagem fundamental para dispositivos de íons aprisionados, e o novo algoritmo de roteamento nos permitirá maximizar o desempenho dos primeiros computadores quânticos. "

Professor Hensinger, o diretor do Sussex Center for Quantum Technologies da University of Sussex comentou:"De fato, este trabalho é mais um trampolim para a construção de computadores quânticos práticos que podem resolver problemas do mundo real. "

O professor Winfried Hensinger e o Dr. Sebastian Weidt lançaram recentemente sua empresa derivada Universal Quantum, que visa construir o primeiro computador quântico de grande escala do mundo. Ele atraiu o apoio de alguns dos investidores em tecnologia mais poderosos do mundo. A equipe foi a primeira a publicar um projeto de como construir um computador quântico de íon aprisionado em grande escala em 2017.