Equipe de pesquisa mostra aceleração quântica teórica com o algoritmo de otimização quântica aproximada

Algoritmos clássicos e quânticos aplicados ao problema LABS. Crédito:Avanços da Ciência (2024). DOI:10.1126/sciadv.adm6761

Em um novo artigo na Science Advances , pesquisadores do JPMorgan Chase, do Laboratório Nacional Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE) e da Quantinuum demonstraram evidências claras de uma aceleração algorítmica quântica para o algoritmo de otimização aproximada quântica (QAOA).

Este algoritmo foi estudado extensivamente e implementado em muitos computadores quânticos. Tem aplicações potenciais em áreas como logística, telecomunicações, modelagem financeira e ciência de materiais.

“Este trabalho é um passo significativo para alcançar a vantagem quântica, estabelecendo as bases para o impacto futuro na produção”, disse Marco Pistoia, chefe de Pesquisa Aplicada de Tecnologia Global do JPMorgan Chase.

A equipe examinou se um algoritmo quântico com baixos custos de implementação poderia fornecer uma aceleração quântica em relação aos métodos clássicos mais conhecidos. QAOA foi aplicado ao problema de sequências binárias de baixa autocorrelação, que tem importância na compreensão do comportamento de sistemas físicos, processamento de sinais e criptografia. O estudo mostrou que se o algoritmo fosse solicitado a resolver problemas cada vez maiores, o tempo que levaria para resolvê-los cresceria a um ritmo mais lento do que o de um solucionador clássico.

Para explorar o desempenho do algoritmo quântico em um ambiente ideal e silencioso, o JPMorgan Chase e a Argonne desenvolveram em conjunto um simulador para avaliar o desempenho do algoritmo em escala.

"As simulações de circuitos quânticos em grande escala utilizaram eficientemente o supercomputador em petaescala DOE Polaris localizado no ALCF. Esses resultados mostram como a computação de alto desempenho pode complementar e avançar o campo da ciência da informação quântica, "disse Yuri Alexeev, cientista computacional em Argonne. Jeffrey Larson, matemático computacional da Divisão de Matemática e Ciência da Computação de Argonne, também contribuiu para esta pesquisa.

Para dar o primeiro passo em direção à realização prática da aceleração do algoritmo, os pesquisadores demonstraram uma implementação em pequena escala nos computadores quânticos de íons aprisionados H1 e H2 do modelo de sistema da Quantinuum. Usando a detecção de erros específica do algoritmo, a equipe reduziu o impacto dos erros no desempenho do algoritmo em até 65%.

"Nossa parceria de longa data com o JPMorgan Chase levou a este significativo e notável experimento de pesquisa de três vias que também trouxe Argonne. Os resultados não poderiam ter sido alcançados sem a qualidade sem precedentes e líder mundial de nosso computador quântico série H, que fornece um dispositivo flexível para executar experimentos de correção e detecção de erros além de fidelidades de porta que estão anos à frente de outros computadores quânticos", disse Ilyas Khan, fundador e diretor de produtos da Quantinuum.

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