Um novo algoritmo que avança as simulações pode trazer uma maior capacidade de uso para computadores quânticos atuais e de curto prazo, abrindo o caminho para que os aplicativos sejam executados além de limites de tempo estritos que dificultam muitos cálculos quânticos.

"Os computadores quânticos têm um tempo limitado para realizar cálculos antes de sua natureza quântica útil, que chamamos de coerência, quebra, "disse Andrew Sornborger da Computer, Computacional, e divisão de Ciências Estatísticas do Laboratório Nacional de Los Alamos, e autor sênior em um artigo anunciando a pesquisa. "Com um novo algoritmo que desenvolvemos e testamos, poderemos avançar simulações quânticas para resolver problemas que antes estavam fora de alcance. "

Computadores construídos com componentes quânticos, conhecido como qubits, pode potencialmente resolver problemas extremamente difíceis que excedem as capacidades até mesmo dos supercomputadores modernos mais poderosos. Os aplicativos incluem análise mais rápida de grandes conjuntos de dados, Desenvolvimento de drogas, e desvendando os mistérios da supercondutividade, para citar algumas das possibilidades que podem levar a grandes avanços tecnológicos e científicos em um futuro próximo.

Experimentos recentes demonstraram o potencial dos computadores quânticos para resolver problemas em segundos que levariam milênios para os melhores computadores convencionais para serem concluídos. O desafio permanece, Contudo, para garantir que um computador quântico possa executar simulações significativas antes que a coerência quântica seja interrompida.

"Usamos o aprendizado de máquina para criar um circuito quântico que pode aproximar um grande número de operações de simulação quântica de uma só vez, "disse Sornborger." O resultado é um simulador quântico que substitui uma sequência de cálculos por um único, operação rápida que pode ser concluída antes que a coerência quântica seja quebrada. "

O algoritmo Variational Fast Forwarding (VFF) que os pesquisadores de Los Alamos desenvolveram é um híbrido que combina aspectos da computação clássica e quântica. Embora teoremas bem estabelecidos excluam o potencial de avanço rápido geral com fidelidade absoluta para simulações quânticas arbitrárias, os pesquisadores contornam o problema tolerando pequenos erros de cálculo para tempos intermediários, a fim de fornecer se ligeiramente imperfeito, previsões.

Em princípio, a abordagem permite que os cientistas simulem um sistema mecanicamente quântico pelo tempo que desejarem. Em termos práticos, os erros que se acumulam à medida que os tempos de simulação aumentam os limites dos cálculos potenciais. Ainda, o algoritmo permite simulações muito além das escalas de tempo que os computadores quânticos podem alcançar sem o algoritmo VFF.

Uma peculiaridade do processo é que leva o dobro de qubits para avançar um cálculo do que faria com que o computador quântico avançasse. No artigo recém-publicado, por exemplo, o grupo de pesquisa confirmou sua abordagem implementando um algoritmo VFF em um computador de dois qubit para avançar rapidamente os cálculos que seriam realizados em uma simulação quântica de um qubit.

Em trabalho futuro, os pesquisadores de Los Alamos planejam explorar os limites do algoritmo VFF, aumentando o número de qubits que avançam rapidamente, e verificar até que ponto eles podem acelerar os sistemas. A pesquisa foi publicada em 18 de setembro, 2020 na revista npj Quantum Information .