Uma equipe internacional de pesquisadores conseguiu provar, pela primeira vez, que os computadores quânticos, de fato, oferecem vantagem computacional em relação aos sistemas tradicionais. Tal conclusão foi detalhada em artigo publicado na revista Science. Nele, os pesquisadores descrevem o trabalho de um circuito quântico que foi capaz de resolver um problema matemático que seria impossível para um computador tradicional quando sujeito às mesmas restrições.
Em entrevista ao site Motherboard, Robert König, teórico na Universidade Técnica de Munique e principal autor do artigo, explicou que o grande trunfo do trabalho foi mostrar como os circuitos quânticos conseguem ser computacionalmente mais poderosos do que os clássicos da mesma estrutura. O problema colocado poderia ser resolvido da forma “clássica”, mas exigiria mais recursos.
A vantagem quântica aconteceu por causa da “não-localidade”, uma característica dos sistemas quânticos espacialmente isolados que permite que eles sejam considerados um só sistema: uma mudança em um sistema resulta – no mesmo momento – em uma mudança em outro.
Para entender melhor, qubits são o análogo quântico de bits (de um computador tradicional), exceto que sendo um ou um zero, os qubits podem apresentar uma “superposição” de ambos ao mesmo tempo.
Com a projeção de circuitos quânticos, há uma compensação entre o número de qubits interagindo no circuito e o número de operações que podem ser executadas nesses qubits – denominado de “profundidade” do circuito. Aumentar essa “profundidade” faz com que cresça, também, as habilidades de processamento de informações.
Por outro lado, esse aumento exige uma diminuição correspondente. Um circuito com um grande número de qubits é limitado a um pequeno número de operações (tem uma profundidade “superficial”), tornando difícil a vantagem sobre os computadores tradicionais.
O problema ocorre porque um circuito quântico que não incorpora a correção de erros é limitado em seu número de operações que podem ser executadas no qubits antes que elas acabem “quebrando”, perdendo seus dados. Ou seja, conforme mais qubits são lançados, há mais espaço para erros, causando um decréscimo no número de operações que podem ser executadas antes de serem desfeitas.
Para acabar com isso, a equipe de Kônig projetou um circuito quântico em que vários circuitos superficiais operam em paralelo, mas ainda podem ser considerados como um único sistema por causa da não-localidade. Os circuitos foram capazes de resolver um problema de álgebra usando um número fixo de operações (eles tinham uma “profundidade constante”), algo matematicamente impossível em um circuito clássico.
Vantagens como essa permitirão, em teoria, que futuros computadores quânticos façam cálculos muito mais rapidamente do que um computador clássico. O algoritmo de Shor, por exemplo, permite que os computadores quânticos descubram os fatores de primos e possam, eventualmente, permitir que os computadores quânticos com grande número de qubits quebrem as formas mais modernas de criptografia.
Os pesquisadores alemães veem seu trabalho como um dos fundamentos matemáticos para aplicações práticas e experimentais no futuro próximo. Com a simplificação dos circuitos, eles poderão estar ao alcance de computadores quânticos experimentais em não muito tempo.
