Qutrit torna computador quântico exponencialmente mais rápido
Redação
do Site Inovação Tecnológica - 08/07/2019
Este chip com bits
supercondutores mostrou que é possível ter bits quânticos com até cinco dados
diferentes.
[Imagem: Erik Lucero]
Bits com múltiplos dados
Nos últimos anos, vários grupos de físicos vêm demonstrando que os qudits são melhores que os qubits para
conter os dados dos computadores quânticos.
Qudit é uma referência genérica a um bit quântico de
"d" dimensões, onde o termo dimensões refere-se aos múltiplos dados
que podem ser guardados numa única célula de memória quântica.
Nas demonstrações anteriores, as vantagens dos qudits em relação aos
qubits vinham resultando apenas em ganhos por fatores
constantes.
Pranav Gokhale e seus colegas da Universidade de Chicago, nos EUA,
usaram um qutrit - um qudit com três níveis de energia - para demonstrar que ir
além dos tradicionais qubits resulta em ganhos logarítmicos, aumentando ainda
mais o poder computacional esperado dos computadores quânticos.
Além do binário
O trabalho se enquadra no contexto de uma busca de equilíbrio comum na
ciência da computação: Os programas podem ser acelerados usando mais memória
ou, alternativamente, os programas podem reduzir requisitos de memória
incorrendo em tempos de execução mais longos.
Mas, no contexto da computação quântica, com
fortes limitações de memória e tempos de execução, nenhuma dessas compensações
é aceitável.
Felizmente, os dados em um computador quântico pertencem a um espectro
infinito, de modo que o qubit é meramente uma "escolha" de usar
somente dois estados do sistema quântico que representa o bit. "Embora a
lógica binária faça sentido para a física liga-desliga subjacente aos
computadores convencionais, o hardware quântico não é inerentemente
binário," reforça Gokhale.
Qutrits
De fato, ao usar três estados - via qutrits - uma das operações
fundamentais na computação quântica é exponencialmente mais rápida, sem a
necessidade de memória adicional. A equipe verificou sua descoberta com
simulações executadas sob condições de ruído realistas.
A seguir, eles ajustaram seus algoritmos quânticos baseados em qutrits
usando trabalhos já realizados por outras equipes com bits quânticos
supercondutores e iônicos, duas das versões preferidas das equipes trabalhando
com hardware quântico real.
"Os qutrits vêm com um custo, já que a presença de um estado
adicional implica em mais possíveis fontes de erro," disse Gokhale.
"No entanto, nossas simulações demonstram que os qutrits têm uma vantagem
convincente, com confiabilidade de duas a dez vezes maior do que os algoritmos
de apenas qubits para benchmarks de curto prazo".
"Ao adaptar os algoritmos para aproveitar os recursos exclusivos do
hardware quântico, percebemos ganhos de eficiência ocultos por trás das
barreiras de abstração entre hardware e software. Nesse caso, nossa modelagem
de hardware nos levou a revisitar e desafiar a sabedoria convencional de que a
operação binária é a melhor para a computação," completou o professor
Frederic Chong.
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