Agora temos uma prova de que computadores quânticos superam os tradicionais

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.