Os físicos descobriram uma característica potencialmente revolucionária do comportamento do bit quântico que permitiria aos cientistas simular sistemas quânticos complexos sem a necessidade de um enorme poder de computação.

Por algum tempo, o desenvolvimento da próxima geração de computadores quânticos foi limitado pela velocidade de processamento das CPUs convencionais. Mesmo os supercomputadores mais rápidos do mundo não foram poderosos o suficiente, e os computadores quânticos existentes ainda são muito pequenos, ser capaz de modelar estruturas quânticas de tamanho moderado, como processadores quânticos.

Contudo, uma equipe de pesquisadores das universidades de Loughborough e Nottingham e Innopolis agora encontrou uma maneira de contornar a necessidade de tais quantidades massivas de energia, aproveitando o comportamento caótico dos qubits - a menor unidade de informação digital.

Ao modelar o comportamento de bits quânticos (qubits), eles descobriram que, quando uma fonte de energia externa, como um laser ou sinal de micro-ondas, foi usado, o sistema tornou-se mais caótico - eventualmente demonstrando o fenômeno conhecido como hipercaos.

Quando os qubits foram excitados pela fonte de energia, eles mudaram de estado, como bits regulares de computador que mudam entre zero e um, mas de uma forma muito mais irregular e imprevisível. Contudo, os pesquisadores descobriram que o grau de complexidade (hipercaos) não aumentou exponencialmente conforme o tamanho do sistema cresceu - que é o que se esperaria - mas, em vez disso, permaneceu proporcional ao número de unidades.

Em um novo jornal, "Emergência e controle de comportamentos complexos em sistemas conduzidos de qubits interagindo com dissipação, "publicado na revista Nature NPJ Quantum Information , a equipe mostra que esse fenômeno tem grande potencial para permitir que os cientistas simulem grandes sistemas quânticos.

Um dos autores correspondentes, Dr. Alexandre Zagoskin, da Escola de Ciências de Loughborough, disse:"Uma boa analogia é o design de aeronaves. Para projetar uma aeronave, é necessário resolver certas equações da dinâmica hidro (aero), que são muito difíceis de resolver e só se tornaram possíveis após a segunda guerra mundial, quando computadores poderosos apareceram. No entanto, as pessoas projetavam e pilotavam aeronaves muito antes disso. Foi porque o comportamento do fluxo de ar pode ser caracterizado por um número limitado de parâmetros, como o número Reynolds e o número Mach, que pode ser determinado a partir de experimentos com modelos em pequena escala. Sem isso, simulação direta de um sistema quântico em todos os detalhes, usando um computador clássico, torna-se impossível uma vez que contém mais do que alguns milhares de qubits. Essencialmente, não há matéria suficiente no Universo para construir um computador clássico capaz de lidar com o problema. Se pudermos caracterizar diferentes regimes de um 10, Computador quântico de 000 qubit por apenas 10, 000 desses parâmetros em vez de 2 ^{10, 000} - que é aproximadamente 2 vezes 1 com três mil zeros - isso seria um verdadeiro avanço. "

Os novos resultados mostram que um sistema quântico mostra padrões qualitativamente diferentes de comportamento de caso geral, e as transições entre eles são governadas por um número relativamente pequeno de parâmetros.

Se isso acontecer de maneira geral, então os pesquisadores serão capazes de determinar os valores críticos desses parâmetros de, por exemplo., construir e testar modelos em escala, e, fazendo algumas medições do sistema real, para saber se os parâmetros do nosso processador quântico permitem que ele funcione corretamente ou não.

Como um bônus, a complexidade controlável no comportamento de grandes sistemas quânticos abre novas possibilidades no desenvolvimento de novas ferramentas de criptografia quântica.