Pesquisadores da Chalmers University of Technology, Suécia, agora mostraram que podem resolver uma pequena parte de um problema real de logística com seus pequenos, mas computador quântico funcionando bem. Crédito:Yen Strandqvist / Chalmers University of Technology (para fotomontagem)
Os computadores quânticos já conseguiram superar os computadores comuns na resolução de certas tarefas - infelizmente, totalmente inúteis. O próximo marco é fazer com que eles façam coisas úteis. Pesquisadores da Chalmers University of Technology, Suécia, agora mostraram que podem resolver uma pequena parte de um problema real de logística com seus pequenos, mas computador quântico funcionando bem.
O interesse na construção de computadores quânticos ganhou impulso considerável nos últimos anos, e um trabalho febril está em andamento em muitas partes do mundo. Em 2019, A equipe de pesquisa do Google fez um grande avanço quando seu computador quântico conseguiu resolver uma tarefa muito mais rapidamente do que o melhor supercomputador do mundo. A desvantagem é que a tarefa resolvida não teve nenhum uso prático - ela foi escolhida porque foi considerada fácil de resolver para um computador quântico, mas muito difícil para um computador convencional. Portanto, uma tarefa importante agora é achar útil, problemas relevantes que estão além do alcance de computadores comuns, mas que um computador quântico relativamente pequeno poderia resolver.
"Queremos ter certeza de que o computador quântico que estamos desenvolvendo pode ajudar a resolver problemas relevantes desde o início. Portanto, trabalhamos em estreita colaboração com empresas industriais, "diz a física teórica Giulia Ferrini, um dos líderes do projeto de computador quântico da Chalmers University of Technology, que começou em 2018.
Junto com Göran Johansson, Giulia Ferrini liderou o trabalho teórico quando uma equipe de pesquisadores da Chalmers, incluindo um estudante de doutorado industrial da empresa de logística de aviação Jeppesen, recentemente mostrou que um computador quântico pode resolver uma instância de um problema real na indústria de aviação.
Todas as companhias aéreas enfrentam problemas de agendamento. Por exemplo, atribuir aeronaves individuais a rotas diferentes representa um problema de otimização que cresce muito rapidamente em tamanho e complexidade à medida que o número de rotas e aeronaves aumenta. Os pesquisadores esperam que os computadores quânticos acabem sendo melhores para lidar com esses problemas do que os computadores atuais. O bloco de construção básico do computador quântico - o qubit - é baseado em princípios completamente diferentes dos bits dos computadores convencionais, permitindo-lhes lidar com enormes quantidades de informações com relativamente poucos qubits.
O criostato resfriando o computador quântico sueco. Crédito:Johan Bodell / Chalmers University of Technology
Contudo, devido à sua estrutura e função, os computadores quânticos têm requisitos de programação diferentes dos computadores convencionais. Um algoritmo proposto que se acredita ser útil nos primeiros computadores quânticos é o chamado algoritmo de otimização quântica aproximada (QAOA). A equipe de pesquisa de Chalmers agora executou com sucesso esse algoritmo em seu computador quântico - um processador com dois qubits - e mostrou que pode resolver com sucesso o problema de atribuir aeronaves a rotas. Nesta primeira demonstração, o resultado pôde ser facilmente verificado, pois a escala era muito pequena - envolvia apenas dois aviões.
Potencial para lidar com muitas aeronaves
Com esta façanha, os pesquisadores foram os primeiros a mostrar que o algoritmo QAOA pode resolver o problema de atribuir aeronaves a rotas na prática. Eles também conseguiram executar o algoritmo um nível a mais do que qualquer um antes, uma conquista que requer hardware muito bom e controle preciso.
"Mostramos que temos a capacidade de mapear problemas relevantes em nosso processador quântico. Ainda temos um pequeno número de qubits, mas eles funcionam bem. Nosso plano era primeiro fazer tudo funcionar muito bem em pequena escala, antes de aumentar, "diz Jonas Bylander, pesquisador sênior responsável pelo desenho experimental e um dos líderes do projeto de construção de um computador quântico na Chalmers.
Os teóricos da equipe de pesquisa também simularam resolver o mesmo problema de otimização para até 278 aeronaves, o que exigiria um computador quântico com 25 qubits. "Os resultados permaneceram bons à medida que aumentamos a escala. Isso sugere que o algoritmo QAOA tem potencial para resolver esse tipo de problema em escalas ainda maiores, "diz Giulia Ferrini.
Superar os melhores computadores de hoje, Contudo, requerem dispositivos muito maiores. Os pesquisadores da Chalmers agora começaram a aumentar a escala e atualmente estão trabalhando com cinco bits quânticos. O plano é atingir pelo menos 20 qubits até 2021, mantendo a alta qualidade.
