Computador quântico resolve problema 3 milhões de vezes mais rápido do que um computador clássico

Pesquisadores de computação quântica da D-Wave demonstraram que é possível simular alguns materiais até três milhões de vezes mais rápido do que com os métodos clássicos correspondentes, usando um método chamado recozimento quântico.

De acordo com publicação do site ZDNet, os cientistas da D-Wave, com a colaboração de pesquisadores do Google, começaram a medir a velocidade da simulação em um dos processadores de recozimento quântico da D-Wave e descobriram que o desempenho aumentava tanto com o tamanho da simulação quanto com a dificuldade do problema, para atingir um aumento de um milhão de vezes em relação ao que poderia ser alcançado com uma CPU clássica.

O problema utilizado pelos pesquisadores já foi resolvido pelos vencedores do Prêmio Nobel de Física de 2016, Vadim Berezinskii, J. Michael Kosterlitz e David Thouless, que estudaram o comportamento do chamado “magnetismo exótico”, que ocorre em sistemas magnéticos quânticos. Eles usaram métodos matemáticos avançados para descrever, na década de 1970, as propriedades de um ímã quântico bidimensional, que lançava luz sobre os estranhos – ou “exóticos” – estados que a matéria pode assumir.

A última pesquisa da D-Wave demonstra que os processadores de recozimento quântico da empresa podem levar a uma vantagem de desempenho computacional. “Este trabalho é a evidência mais clara de que os efeitos quânticos fornecem uma vantagem computacional nos processadores D-Wave”, disse Andrew King, Diretor de Pesquisa de Desempenho da D-Wave.

Os processadores da D-Wave são baseados na tecnologia de recozimento quântico, que é uma técnica de computação quântica usada para encontrar soluções para problemas de otimização. Os processadores de recozimento quântico são mais fáceis de controlar e operar do que seus equivalentes baseados em portas, razão pela qual a tecnologia da D-Wave já atingiu números muito maiores de qubits do que pode ser encontrado nos dispositivos construídos por grandes players como IBM ou Google.

Segundo o ZDNet, King e sua equipe usaram o sistema D-Wave de 2.000 qubit para simular o magnetismo exótico, que foi recentemente revisado para reduzir o ruído, para modelar um sistema magnético quântico programável. Os pesquisadores também programaram um algoritmo clássico padrão para este tipo de simulação, chamado de “path-integral Monte Carlo” (PIMC) para comparar os resultados quânticos com cálculos executados pela CPU.

Os cientistas demonstraram que a simulação quântica superou os métodos clássicos por uma margem.

“O que vemos é um enorme benefício em termos absolutos”, disse King. “Esta simulação é um problema real que os cientistas já atacaram usando os algoritmos com os quais comparamos, marcando um marco significativo e uma base importante para o desenvolvimento futuro. Isso não teria sido possível hoje sem o processador de baixo ruído da D-Wave”, disse o diretor.

Os pesquisadores ressaltam que os processadores de recozimento quântico foram usados ​​para executar uma aplicação prática, resolvendo um problema significativo no qual os cientistas estão interessados, independentemente da computação quântica. As descobertas já chamaram a atenção de cientistas de todo o mundo.

“A busca por vantagens quânticas em cálculos está se tornando cada vez mais ativa porque existem problemas especiais onde um progresso genuíno está sendo feito. Esses problemas podem parecer um tanto forçados até mesmo para os físicos”, disse Gabriel Aeppli, Professor de Física da ETH Zürich e EPF Lausanne.

“Mas neste artigo com uma colaboração entre D-Wave Systems, Google e Simon Fraser University, parece que há uma vantagem para o recozimento quântico usando um processador de propósito especial sobre as simulações clássicas para o problema mais ‘prático’ de encontrar o estado de equilíbrio de um ímã quântico particular”.

D-Wave, no entanto, evitou reivindicar vantagem quântica, o que acontece quando um processador quântico pode demonstrar superioridade sobre toda competição clássica possível, diz o site; King enfatizou que ainda é possível projetar algoritmos altamente especializados para simular o modelo uma vez que as propriedades do modelo já sejam conhecidas.

“Esses experimentos são um avanço importante no campo, fornecendo a melhor visão já feita sobre o funcionamento interno dos computadores D-Wave e mostrando uma vantagem de escala sobre sua principal competição clássica”, disse King. “Todas as plataformas de computação quântica terão que passar por esse tipo de checkpoint no caminho para uma adoção generalizada”.

Embora o sistema de 2.000 qubit da D-Wave tenha sido usado para a pesquisa devido às taxas de ruído mais baixas da tecnologia, a empresa lançou recentemente um processador quântico de 5.000 qubit, que já está disponível para programadores construírem aplicativos quânticos.

A D-Wave conta atualmente com 250 aplicações de recozimento quântico inicial para vários clientes diferentes, ajudando a melhorar a logística das cadeias de suprimentos de varejo, por exemplo, ou simulando novas proteínas para drogas terapêuticas, por meio da otimização de rotas de veículos em ruas movimentadas da cidade.