Os computadores quânticos prometem acelerações exponenciais para certos problemas, com aplicações potenciais em áreas desde a descoberta de drogas até novos materiais para baterias. Mas a computação quântica ainda está em seus estágios iniciais, então esses são objetivos de longo prazo. No entanto, existem marcos intermediários empolgantes na jornada para a construção de um dispositivo útil. Uma atualmente recebendo muita atenção é a “vantagem quântica”, onde um computador quântico executa uma tarefa além das capacidades até mesmo dos supercomputadores mais poderosos do mundo.
O trabalho experimental da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) foi o primeiro a reivindicar vantagem quântica usando fótons - partículas de luz, em um protocolo chamado "Gaussian Boson Sampling" (GBS). O artigo afirmava que o experimento, realizado em 200 segundos, levaria 600 milhões de anos para ser simulado no maior supercomputador do mundo.
Aceitando o desafio, uma equipe dos Laboratórios de Tecnologia de Engenharia Quântica da Universidade de Bristol (QET Labs), em colaboração com pesquisadores do Imperial College London e da Hewlett Packard Enterprise, reduziram esse tempo de simulação para apenas alguns meses, um fator de aceleração de cerca de um bilhão.
Seu artigo “O limite para a vantagem quântica na amostragem de bósons gaussianos”, publicado hoje na revista Science Advances, chega em um momento em que outras abordagens experimentais que reivindicam vantagem quântica, como a da equipe de computação quântica do Google, também estão liderando a algoritmos clássicos aprimorados para simular esses experimentos.
O co-autor Jake Bulmer, estudante de doutorado no QET Labs, disse: “Há uma corrida emocionante acontecendo onde, por um lado, os pesquisadores estão tentando construir sistemas de computação quântica cada vez mais complexos que eles afirmam não poderem ser simulados por computadores convencionais . Ao mesmo tempo, pesquisadores como nós estão aprimorando os métodos de simulação para que possamos simular essas máquinas supostamente impossíveis de simular!”
“À medida que os pesquisadores desenvolvem experimentos em escala maior, eles procuram fazer reivindicações de vantagem quântica em relação às simulações clássicas. Nossos resultados fornecerão um ponto de comparação essencial para estabelecer o poder computacional de futuros experimentos de GBS”, disse o primeiro autor, Bryn Bell, Marie Curie Research Fellow no Imperial College London, agora engenheiro quântico sênior da Oxford Quantum Circuits.
Os métodos da equipe não exploram nenhum erro no experimento e, portanto, um próximo passo para a pesquisa é combinar seus novos métodos com técnicas que exploram as imperfeições do experimento do mundo real. Isso aceleraria ainda mais o tempo de simulação e criaria uma maior compreensão de quais áreas precisam de melhorias.
“Esses experimentos de vantagem quântica representam uma tremenda conquista da física e da engenharia. Como pesquisador, é empolgante contribuir para o entendimento de onde surge a complexidade computacional desses experimentos. Ficamos surpresos com a magnitude das melhorias que alcançamos – não é sempre que você pode afirmar que encontrou uma melhoria de um bilhão de vezes!” disse Jake Bulmer.
Anthony Laing, codiretor do QET Labs e autor do trabalho, disse: “À medida que desenvolvemos tecnologias de computação quântica mais sofisticadas, esse tipo de trabalho é vital. Isso nos ajuda a entender a barreira que devemos superar antes que possamos começar a resolver os problemas de energia limpa e saúde que afetam a todos nós. O trabalho é um ótimo exemplo de trabalho em equipe e colaboração entre pesquisadores do UK Quantum Computing and Simulation Hub e da Hewlett Packard Enterprise.”
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Os laboratórios de tecnologia de engenharia quântica (QET Labs)
Os QET Labs da Universidade de Bristol foram lançados em abril de 2015 e abrangem a atividade de mais de 100 acadêmicos, funcionários e alunos. O objetivo é maximizar as oportunidades para novas descobertas científicas que sustentam o desenvolvimento da engenharia e da tecnologia. Os QET Labs reúnem o Centro de Engenharia Quântica para Treinamento Doutoral (QE-CDT), o Centro Empresarial de Tecnologia Quântica (QTEC) e as equipes de pesquisa de seus funcionários e estudantes. Trabalhando juntos, pretendemos transformar a ciência em verdadeiros demonstradores de conceitos e inovação empresarial que serão o trampolim para o sucesso comercial das tecnologias quânticas.Bristol Quantum Information Institute
A informação quântica e sua tradução em tecnologias é uma das atividades de pesquisa mais empolgantes em ciência e tecnologia atualmente. Há muito tempo na vanguarda da crescente atividade mundial nesta área, o Bristol Quantum Information Institute cristaliza nossa pesquisa em todo o espectro, da teoria à tecnologia. Com nossa equipe interdisciplinar especializada, incluindo fundadores do campo, temos experiência em todas as principais áreas da ciência da informação quântica teórica e em experimentos. Promovemos parcerias com o setor privado e fornecemos ensino e treinamento excelentes para a futura geração de cientistas e engenheiros quânticos e os protótipos de amanhã.
A Computação Quântica & Centro de Simulação
A Computação Quântica & O Simulation Hub (QCS) é uma colaboração entre 17 universidades do Reino Unido, trabalhando com uma extensa rede de parceiros acadêmicos, industriais e governamentais. É um dos quatro centros do Programa Nacional de Tecnologias Quânticas do Reino Unido, que representa £ 1 bilhão em investimentos públicos e privados para acelerar a tradução de tecnologias quânticas no mercado. O Hub está focado nos desafios críticos de pesquisa para computação quântica, em uma ampla gama de disciplinas de hardware e software. Além de abordar os desafios técnicos no fornecimento de computação quântica e simulação em escala, o Hub envolve indústrias, usuários finais, governo e cidadãos para ajudar o Reino Unido a se tornar "pronto para o quantum". Para mais informações, visite https://www.qcshub.org
