Solução de problemas de um computador quântico e como simular um sistema de qubit

Diz-se que apenas 70 qubits, geralmente átomos individuais em um estado excitado, são suficientes para superar os atuais computadores de alto desempenho. Diz-se que o computador quântico Sycamore do Google, por exemplo, tem propriedades fantásticas com esse pequeno número de qubits.

Portanto, não é de se admirar que pareça quase impossível simular os processos internos quando a capacidade de computação é tão alta. No entanto, há uma necessidade urgente de entender melhor como ele funciona. Entre outras coisas, a taxa de erro atualmente é extremamente alta. Em um dos experimentos anteriores do Google, ela foi de 99,7%.

Portanto, há muito espaço para aprimoramento, exceto pelo fato de que as possibilidades de aprimoramento são limitadas devido à falta de simulações. Entretanto, uma equipe de pesquisa do Instituto de Tecnologia da Califórnia conseguiu modelar um sistema que funciona com 60 qubits. Anteriormente, o limite era de cerca de 38 qubits, de acordo com os autores do estudo, que acaba de ser publicado na Nature.

O fato de isso ser tão difícil de realizar e de o computador quântico ser um instrumento tão promissor deve-se, em primeiro lugar, ao emaranhamento quântico do sistema.

Um qubit não funciona por si só, ou seja, não tem apenas um estado 0 ou 1, como um bit. No caso do entrelaçamento quântico, dois qubits trabalham juntos, por assim dizer, e recebem novamente um estado de 0 ou 1. Também é possível conceber um estado misto.

O fascínio é justificado

Além dos 60 qubits individuais, há 1.800 pares diferentes que também podem armazenar informações. Se o senhor passar para o próximo nível com três qubits conectados, há outras 34.000 possibilidades.

O computador quântico pode, portanto, expandir seu sistema existente de 60 circuitos quase à vontade. Ou como a imagem da Mona Lisa expressa: O computador clássico pode pintar com um pincel em uma espessura. O computador quântico, por outro lado, pode escolher livremente, mas se torna impreciso, ele treme um pouco - uma bela metáfora.

O tremor é o maior problema, pois quanto mais forte for o entrelaçamento quântico, mais propenso a erros o sistema inteiro se torna. Se, por exemplo, um qubit pode ser reconhecido com 90% de precisão, a taxa é de apenas 40% com cinco qubits emaranhados e rapidamente se aproxima de zero para as potências que realmente caracterizam um computador quântico.

O fato de ter sido possível simular esse número supostamente gerenciável de combinações de qubit é graças a um truque. As possibilidades de emaranhamento foram limitadas na simulação. Isso pelo menos dá uma ideia dos recursos e permite que o senhor visualize aspectos parciais do sistema.

O objetivo é obter "apenas" 91% de resultados incorretos. Para atingir esse objetivo, um qubit teria que ser lido corretamente com 96% de probabilidade. Isso parece viável se não envolvesse átomos excitados em um computador quântico.

No vídeo, vários pesquisadores da Caltech tentam explicar o entrelaçamento quântico. Além disso, muito interessante!