Computador quântico Willow do Google
IA quântica do Google
O que há nos computadores quânticos que os torna mais poderosos que as máquinas convencionais? Novos experimentos sugerem que a propriedade da “contextualidade quântica” pode ser um ingrediente chave.
Os computadores quânticos são fundamentalmente diferentes de outros computadores porque exploram fenómenos quânticos únicos que não existem na eletrónica convencional. Por exemplo, os seus blocos de construção, chamados qubits, são rotineiramente colocados num estado de superposição – parecem assumir duas propriedades ao mesmo tempo que são geralmente mutuamente exclusivas – ou são ligados através de ligações inextricáveis de emaranhamento quântico.
Agora, pesquisadores do Google Quantum AI usaram seu computador quântico Willow para realizar diversas demonstrações mostrando que as propriedades de contextualidade quântica também desempenham um papel importante.
A contextualidade quântica captura as peculiaridades da medição das propriedades dos objetos quânticos. Embora a cor de uma caneta, por exemplo, não seja afetada pelo fato de você medi-la antes ou depois de medir o comprimento da caneta, para objetos quânticos, o resultado da medição não pode ser tratado como uma propriedade pré-existente e é independente de todas as outras medições.
Esta contextualidade já foi estudada anteriormente em experimentos específicos com luz quântica, e em 2018, por uma equipe de pesquisadores provado matematicamente que também pode ser usado em algoritmos de computação quântica.
Especificamente, este algoritmo permite que computadores quânticos descubram fórmulas matemáticas escondidas em objetos matemáticos maiores em um número fixo de etapas, independentemente do tamanho do objeto. Em outras palavras, a contextualidade quântica permite algo semelhante a encontrar uma agulha num palheiro, qualquer que seja o tamanho do palheiro.
A experiência do Google aplicou esse algoritmo para aumentar o número de qubits, de apenas alguns para 105, o equivalente a adicionar a um palheiro. Como o Willow tem mais ruído, o que significa que é menos livre de erros, do que o computador quântico teórico ideal para o qual seu algoritmo foi escrito, o número de etapas aumenta com o número de qubits. No entanto, Willow ainda usa menos etapas do que os pesquisadores estimam que os computadores tradicionais exigem.
Desta forma, a contextualidade quântica parece levar à superioridade quântica – um caso em que os computadores quânticos aproveitam o seu quantum para superar os dispositivos clássicos. Além disso, a equipe aplicou vários outros protocolos de computação quântica que dependem da contextualidade quântica e descobriu que o impacto foi mais forte do que em estudos anteriores.
“Quando ouvi falar disso pela primeira vez, disse que não poderia ser verdade. Isso é realmente incrível”, disse ele. Adam Cabello na Universidade de Sevilha, na Espanha.
“Esses resultados mostram claramente como os computadores quânticos estão atualmente ultrapassando os limites experimentais da física quântica”, disse ele. Vir Bulchandani na Universidade Rice, no Texas. Ele disse que qualquer computador quântico que seja um candidato útil à excelência quântica deveria ser capaz de realizar essas tarefas, como medida de seu caráter quântico.
No entanto, a demonstração ainda não é uma prova de superioridade quântica que possa ser colocada em uso prático porque o algoritmo de 2018 provou rigorosamente a superioridade dos computadores quânticos sobre os computadores clássicos apenas para um número maior de qubits do que Willow tem, e usando qubits que são menos propensos a erros, disse. Daniel Negócio na Universidade do Sul da Califórnia. O próximo passo pode ser vincular este novo trabalho a algoritmos quânticos de correção de erros, disse ele.
Além de oferecer uma nova referência para computadores quânticos, a experiência também sublinha a importância dos aspectos mais fundamentais da física quântica. Cabello diz que os investigadores ainda não têm uma teoria abrangente sobre o que exatamente causa a superioridade quântica, mas ao contrário do emaranhamento, que muitas vezes tem de ser criado, a contextualidade é, em certo sentido, incorporada nos objetos quânticos. Computadores quânticos como Willow são agora bons o suficiente para nos forçar a levar muito a sério os caprichos da física quântica, disse ele.
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