Como fazer uma moeda dar cara ou coroa no mundo quântico

Redação do Site Inovação Tecnológica - 17/11/2020

A técnica permitirá o uso do mecanismo mais simples da computação clássica também na computação quântica.
[Imagem: Haruna Katayama et al. - 10.1038/s41598-020-74418-w]

Algoritmos clássicos e quânticos

Jogue uma moeda. Se der cara, dê um passo para a esquerda; se der coroa, dê um passo para a direita.

Conhecido como "analogia do andarilho", esse processo aleatório é largamente usado em algoritmos de tecnologias de ponta, como inteligência artificial e buscas em bases de dados.

Como é bem conhecido e eficiente, conforme se desenvolve uma ciência da informação quântica os cientistas da computação gostariam de continuar usando esse processo nos algoritmos quânticos.

O problema é que, no mundo quântico, a moeda pode dar cara e coroa ao mesmo tempo, o que equivale a dizer "Vá em ambas as direções simultaneamente" - em vez de funcionar como uma partícula, que vai para lá e para cá, o gerador aleatório funcionaria como uma onda se espalhando.

Embora a aleatoriedade seja tudo o que os cientistas da computação querem, no reino quântico a caminhada fica difícil de controlar, tornando virtualmente impossível projetar sistemas com precisão.

Agora, uma equipe do Japão acaba de dar um passo firme em direção a uma caminhada quântica mais controlada: Eles descobriram o mecanismo subjacente à decisão direcional de cada etapa e implementaram uma maneira de controlar a direção do movimento, fazendo-o parecer-se sempre com o comportamento de uma partícula que sempre vai "para lá" ou "para cá", mas nunca nas duas direções ao mesmo tempo.

"Em nosso estudo, nós focamos na moeda determinando o comportamento da caminhada quântica para explorar a controlabilidade," conta Haruna Katayama, da Universidade de Hiroshima.

Detalhamento da técnica de caminhada quântica controlada.
[Imagem: Haruna Katayama et al. - 10.1038/s41598-020-74418-w]

Caminhada quântica

Nos sistemas clássicos, a moeda direciona o caminhante no espaço: direita ou esquerda.

Nos sistemas quânticos, uma moeda é infinitamente menos confiável, uma vez que o caminhante age tanto como uma partícula posicionada em um espaço, quanto como uma onda esticada em todas as possibilidades ao longo do tempo.

"Nós introduzimos a moeda dependente do tempo, cuja probabilidade de cair com cara ou coroa varia temporalmente, garantindo a função da moeda," detalhou Katayama.

Esta moeda quântica dependente do tempo permite então mudar a posição do caminhante, garantindo que o algoritmo irá funcionar sempre da maneira esperada.

"Nós conseguimos pela primeira vez esclarecer a equivalência de dois conceitos completamente diferentes - a equivalência da taxa de variação na probabilidade da moeda e a velocidade da onda," disse Katayama. "Este mecanismo nos permite controlar a caminhada quântica sob demanda, manipulando a moeda e preservando o processo aleatório, fornecendo o núcleo fundamental de tecnologias inovadoras de processamento de informações quânticas, como a computação quântica."

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