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Daniel Lidar, professor de engenharia da Viterbi na USC e diretor do USC Center for Quantum Information Science & Technology, e o primeiro autor, Dr. Bibek Pokharel, um cientista de pesquisa da IBM Quantum, alcançaram essa vantagem de aceleração quântica no contexto de um “bitstring jogo de adivinhação.” Eles conseguiram strings de até 26 bits de comprimento, significativamente maiores do que o possível anteriormente, suprimindo efetivamente os erros normalmente vistos nessa escala. (Um bit é um número binário que é zero ou um).
Os computadores quânticos prometem resolver certos problemas com uma vantagem que aumenta à medida que os problemas aumentam em complexidade. No entanto, eles também são altamente propensos a erros ou ruídos. O desafio, diz Lidar, é “obter uma vantagem no mundo real, onde os computadores quânticos de hoje ainda são ‘ruidosos’”. , um termo adaptado da arquitetura RISC usado para descrever dispositivos de computação clássicos. Assim, qualquer demonstração atual da vantagem da velocidade quântica requer redução de ruído.
Quanto mais variáveis desconhecidas um problema tiver, mais difícil será para um computador resolvê-lo. Os estudiosos podem avaliar o desempenho de um computador jogando um tipo de jogo com ele para ver com que rapidez um algoritmo pode adivinhar informações ocultas. Por exemplo, imagine uma versão do jogo de TV Jeopardy, em que os competidores se revezam para adivinhar uma palavra secreta de comprimento conhecido, uma palavra inteira de cada vez. O host revela apenas uma letra correta para cada palavra adivinhada antes de alterar a palavra secreta aleatoriamente.
Em seu estudo, os pesquisadores substituíram palavras por bitstrings. Um computador clássico exigiria, em média, aproximadamente 33 milhões de tentativas para identificar corretamente uma string de 26 bits. Em contraste, um computador quântico funcionando perfeitamente, apresentando suposições em superposição quântica, poderia identificar a resposta correta em apenas uma suposição. Essa eficiência vem da execução de um algoritmo quântico desenvolvido há mais de 25 anos pelos cientistas da computação Ethan Bernstein e Umesh Vazirani. No entanto, o ruído pode dificultar significativamente essa vantagem quântica exponencial.
Lidar e Pokharel alcançaram sua aceleração quântica adaptando uma técnica de supressão de ruído chamada desacoplamento dinâmico. Eles passaram um ano experimentando, com Pokharel trabalhando como candidato a doutorado com Lidar na USC. Inicialmente, a aplicação de desacoplamento dinâmico parecia degradar o desempenho. No entanto, após vários refinamentos, o algoritmo quântico funcionou como pretendido. O tempo para resolver problemas cresceu mais lentamente do que com qualquer computador clássico, com a vantagem quântica tornando-se cada vez mais evidente à medida que os problemas se tornavam mais complexos.
Lidar observa que “atualmente, os computadores clássicos ainda podem resolver o problema mais rapidamente em termos absolutos”. Em outras palavras, a vantagem relatada é medida em termos de escala de tempo necessária para encontrar a solução, não o tempo absoluto. Isso significa que, para cadeias de bits suficientemente longas, a solução quântica acabará sendo mais rápida.
O estudo demonstra conclusivamente que, com o controle de erros adequado, os computadores quânticos podem executar algoritmos completos com melhor dimensionamento do tempo necessário para encontrar a solução do que os computadores convencionais, mesmo na era NISQ.
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