A teoria da computação quântica radical pode levar a máquinas mais poderosas do que se imaginava anteriormente
Físicos criaram um novo modelo para computadores quânticos que poderia facilmente ampliá-los e torná-los mais poderosos do que se imaginava anteriormente.
A nova teoria, delineada em um estudo publicado em 21 de maio na revista PRX Quantumpropõe conectar qubits, os principais motores dos computadores quânticos, a grandes distâncias para que funcionem como se fossem parte de uma única máquina superpoderosa.
Onde os bits são usados na computação clássica para processar dados em estados binários de 1 ou 0, e em sequência, computação quântica usa qubits (que dependem das leis de mecânica quântica) para codificar dados em uma superposição de 1 e 0. Isso significa que os dados podem ser codificados em ambos os estados simultaneamente. Cada qubit opera em uma frequência dada.
Esses qubits podem então ser costurados juntos por meio de emaranhamento quântico — onde seus dados são vinculados através de vastas separações ao longo do tempo ou espaço — para processar cálculos em paralelo. Quanto mais qubits estiverem emaranhados, mais exponencialmente poderoso um computador quântico se tornará.
Qubits emaranhados devem compartilhar a mesma frequência. Mas o estudo propõe dar a eles frequências operacionais “extras” para que possam ressoar com outros qubits ou trabalhar por conta própria, se necessário.
O caminho para a supremacia quântica
Com qubits emaranhados suficientes, os futuros computadores quânticos poderiam executar cálculos que levariam milhares de anos para um computador clássico em apenas alguns segundos. Mas você precisa de um processador quântico com milhões de qubits para atingir esse estado de “supremacia quântica”, enquanto o os mais poderosos hoje têm apenas 1.000 qubits.
Mas manter a estabilidade entre qubits emaranhados, para que você possa processar dados, é difícil e requer eletrônicos e equipamentos complexos. Escalar os qubits em um computador quântico para que ele seja poderoso o suficiente para saltar os supercomputadores mais poderosos da atualidade também representa um grande obstáculo — pois você também precisaria ampliar esse circuito complexo.
Mas os cientistas propõem que, ao dar a cada qubit frequências extras, eles podem fazê-los trabalhar juntos para processar cálculos como se fossem parte de um único computador quântico. Isso apesar de estarem potencialmente separados por grandes distâncias. Isso significa que, em vez de um processador quântico massivo que é difícil de manter, você pode usar vários menores conectados entre si.
“Cada qubit em um computador quântico opera em uma frequência específica. Perceber as capacidades únicas de um computador quântico depende de ser capaz de controlar cada qubit individualmente por meio de uma frequência distinta, bem como vincular pares de qubits combinando suas frequências”, autor principal do estudo Vanita Srinivasaprofessor assistente de informação quântica na Universidade de Rhode Island, disse em um declaração.
Encaixando qubits como ‘blocos de LEGO’
Os cientistas disseram que, ao aplicar voltagens oscilantes, eles poderiam gerar frequências extras para cada qubit. Ao fazer isso, você pode vincular vários qubits juntos, tocando em frequências compartilhadas recém-geradas, sem ter que corresponder às suas frequências originais. Os qubits podem então ser vinculados, mas também controlados individualmente usando suas frequências originais.
“Essa abordagem de dimensionamento é como construir um sistema maior usando blocos de LEGO de tamanho fixo, que são como módulos individuais, e conectá-los usando peças mais longas que são fortes o suficiente para manter a conexão entre os blocos por um tempo suficiente antes que influências externas quebrem os links”, disse Srinivasa na declaração.
O modelo visa superar os desafios que os cientistas enfrentarão ao aumentar a escala de processadores quânticos no futuro. Eles são normalmente fabricados com semicondutores e usam bilhões de pequenos transistores que podem ser aproveitados para fazer qubits compactos. No entanto, simplesmente adicionar mais e mais qubits a um processador quântico um dia será inviável, disseram os cientistas.
Usando o novo modelo, os pesquisadores acreditam que os futuros computadores quânticos serão construídos de forma modular — com matrizes menores de qubits em processadores quânticos que são conectados usando links emaranhados robustos e de longo alcance. Isso os tornará mais poderosos e capazes de cálculos muito mais rápidos do que é viável usando a tecnologia que temos hoje.
