O desenvolvimento de computadores quânticos está sendo perseguido em todo o mundo, e existem vários conceitos de como a computação usando as propriedades do mundo quântico pode ser implementada. Muitos deles já avançaram experimentalmente em áreas que não podem mais ser emuladas em computadores clássicos. Mas as tecnologias ainda não chegaram ao ponto em que podem ser usadas para resolver problemas computacionais maiores. Portanto, os pesquisadores estão atualmente procurando por aplicativos que possam ser implementados em plataformas existentes. "Estamos procurando tarefas que possamos computar no hardware existente", diz Rick van Bijnen, do Instituto de Óptica Quântica e Informação Quântica da Academia Austríaca de Ciências em Innsbruck. Uma equipe em torno de Van Bijnen e do grupo de pesquisa Lechner está agora propondo um método para resolver problemas de otimização usando átomos neutros.
Solução de software

Para desenvolver aplicações cientificamente e industrialmente relevantes para o hardware quântico existente em um futuro próximo, os pesquisadores estão procurando algoritmos especiais que correspondam estruturalmente aos pontos fortes de uma plataforma quântica. "Esse co-design de algoritmos e plataformas experimentais permite que esses sistemas funcionem sem correção de erros, o que ainda é difícil de alcançar hoje", explica Wolfgang Lechner, do Departamento de Física Teórica da Universidade de Innsbruck. Os físicos prevêem que seu algoritmo de otimização seja implementado em átomos neutros presos e dispostos em pinças ópticas. Eles podem ser programados através da interação de estados de Rydberg altamente excitados. Para evitar as limitações das abordagens anteriores, os físicos não implementam o algoritmo diretamente, mas usam a chamada arquitetura de paridade, um projeto de hardware escalável e independente de problemas para problemas de otimização combinatória, que Wolfgang Lechner desenvolveu em conjunto com Philipp Hauke ​​e Peter Zoller em Innsbruck.

Desta forma, o algoritmo de otimização requer apenas operações de um qubit dependentes do problema e operações de quatro qubits independentes do problema. Encontrar uma implementação direta e simples para essas operações de quatro qubits foi o maior desafio para os pesquisadores de Innsbruck. Para este propósito, eles projetaram um portão quântico especial. "Nós implementamos o algoritmo diretamente na linguagem do experimento", explica o primeiro autor Clemens Dlaska. “Assim, o algoritmo pode ser realizado no hardware quântico atual, simplesmente otimizando a duração dos pulsos de laser em um loop de feedback”.

Escalável arbitrariamente

Com o conceito proposto, o desempenho do hardware quântico existente na resolução de problemas de otimização relevantes pode ser investigado para tamanhos de problemas atualmente impossíveis de simular em supercomputadores clássicos. O fato de que tanto a plataforma de hardware quanto a solução de software podem ser estendidas em grande parte sem modificações é uma vantagem importante do novo método.

A equipe de Innsbruck apresentou agora seu novo conceito em Cartas de Revisão Física . + Explorar mais

Atualizando o computador quântico