Computador quntico chins detona supremacia quntica

Informtica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 04/12/2020

Supremacia quntica definitiva

Uma equipe liderada por pesquisadores da Universidade de Cincia e Tecnologia da China construiu um tipo especial de computador quntico que demonstrou a supremacia quntica por uma larga margem.

A supremacia quntica o ponto a partir do qual os processadores qunticos superam definitivamente os processadores eletrnicos clssicos, solucionando problemas que seriam impossveis de solucionar com a tecnologia baseada na eletrnica em um perodo de tempo razovel.

No ano passado, o Google afirmou ter atingido a supremacia quntica com seu processador Sycamore, mas o resultado foi rapidamente contestado por diversas equipes. A IBM, por exemplo, respondeu que seus supercomputadores clssicos poderiam executar algoritmos comuns para fazer os mesmos clculos em 2,5 dias, o que questiona a vantagem quntica.

J a nova demonstrao fez algo que supera to de longe os computadores clssicos que parece no deixar margem a dvidas.

O processador quntico chins, batizado de Jiuzhang, executou clculos que seriam “impossveis” de serem realizados por um supercomputador em um tempo razovel.

Por exemplo, o supercomputador japons Fugaku, o computador clssico mais poderoso do mundo atualmente, levaria 600 milhes de anos para realizar os clculos que o Jiuzhang fez em apenas 200 segundos. E o maior supercomputador chins, o Sunway TaihuLight – o quarto mais poderoso do mundo -, levaria 2,5 bilhes de anos para fazer o mesmo clculo.

Qubits de luz

O clculo realizado pelo Jiuzhang conhecido como “problema #P-completo”, que ainda mais difcil do que problemas NP-completos, j notoriamente complicados porque o nmero de solues aumenta exponencialmente com o nmero de variveis.

Um computador quntico, contudo, pode contornar o clculo de fora bruta simulando o processo quntico diretamente. O Jiuzhang faz isso usando uma tcnica chamada “amostragem gaussiana de bsons” – bsons so partculas frequentemente associadas com foras, como os ftons, glons e o bson de Higgs.

Os ftons funcionam como qubits – so 76 qubits -, e foram postos para interferir entre si, a temperatura ambiente, usando pulsos de laser enviados a um labirinto de 300 divisores de feixe e 75 espelhos. Enquanto um amostrador de bson perfeito teria uma fidelidade de 1 ao longo de muitas tentativas (correspondncia completa s previses tericas), o Jiuzhang alcanou uma fidelidade de 0,99.

Os pesquisadores codificaram as informaes na posio espacial e na polarizao dos ftons. Esses estados foram ento postos para interferir uns com os outros e gerar a distribuio de ftons que representa a soluo do problema. A equipe usou fotodetectores capazes de registrar ftons nicos para medir essa distribuio, que na verdade codifica os clculos que so to difceis de se fazer pelos mtodos clssicos.

E o resultado saiu em 200 segundos. Nenhum computador tradicional pode realizar a mesma tarefa em um perodo de tempo razovel e improvvel que o ganho de tempo seja derrubado por melhorias nos algoritmos ou no hardware clssicos, disse a equipe, reivindicando o estabelecimento da supremacia quntica “definitiva”.

A equipe tambm estima que seu prottipo processa 10 bilhes de vezes mais rpido do que o computador quntico de 53 qubits do Google.

Como os qubits (ftons) interagem entre si, a resposta sai na forma de um espectro de cores.
[Imagem: 10.1126/science.abe8770]

Processador especializado

Mas necessrio tambm ressaltar que a tcnica da amostragem gaussiana de bsons um tipo de processador projetado para fazer clculos muito especficos, resolvendo apenas um determinado tipo de problemas, ao contrrio de um supercomputador clssico, por exemplo, que pode ser programado para resolver qualquer problema – o Jiuzhang no um processador “universal”.

Ainda assim, a equipe afirma que a tcnica poder ser usada em problemas prticos, como na gerao de nmeros aleatrios para criptografia e segurana, simulao de reaes qumicas, aprendizado de mquina e em problemas envolvendo a teoria dos grafos.

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