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Informática

Como saber se os computadores quânticos estão fazendo os cálculos corretamente?

Redação do Site Inovação Tecnológica - 20/09/2021

Como saber se os computadores quânticos estão fazendo os cálculos corretamente?
Ainda não sabemos qual a arquitetura de computação quântica irá se sobressair, e saber se cada uma faz cálculos corretamente é essencial.
[Imagem: C. Greganti et al. - 10.1103/PhysRevX.11.031049]

Aferição de um processador quântico

Um dos maiores argumentos em favor dos computadores quânticos, e o sustentáculo da supremacia quântica, é que eles permitirão fazer coisas impraticáveis para os computadores eletrônicos atuais - ao menos em escalas temporais humanas.

Ora, se se são assim imbatíveis, não teremos meios de aferi-los. Então, como é que vamos saber se os computadores quânticos estão fazendo os cálculos corretamente?

Isso é particularmente preocupante quando levamos em conta que esses novos computadores são extremamente sensíveis a influências externas e, portanto, estão sujeitos a erros que podem alterar o resultado dos cálculos - a correção de erros é o maior desafio atual da computação quântica.

"Para tirar o máximo proveito dos futuros computadores quânticos para cálculos críticos, precisamos de uma maneira de garantir que a saída seja correta, mesmo que não possamos realizar o cálculo em questão por outros meios," destaca a professora Chiara Greganti, da Universidade de Viena, na Áustria.

Checagem cruzada

Para enfrentar esse desafio, a equipe de Greganti desenvolveu e implementou um novo procedimento de verificação cruzada que permite que os resultados de um cálculo realizado em um processador sejam verificados por meio de um cálculo relacionado - mas fundamentalmente diferente - em outro processador.

"Nós pedimos a diferentes computadores quânticos para realizar diferentes cálculos aparentemente aleatórios," explicou Martin Ringbauer, da Universidade de Innsbruck. "O que os computadores quânticos não sabem é que existe uma conexão oculta entre os cálculos que eles estão fazendo."

Para gerar muitos cálculos diferentes a partir de uma fonte comum, capazes de "enganar" os processadores, a equipe usou um modelo alternativo de computação quântica que é construído em estruturas de grafos. "Embora os resultados possam parecer aleatórios e os cálculos sejam diferentes, há certas saídas que devem concordar se os dispositivos estiverem funcionando corretamente," disse Ringbauer.

Como saber se os computadores quânticos estão fazendo os cálculos corretamente?
A checagem cruzada foi testada em quatro arquiteturas de processamento quântico. (a) Processador de ressonância magnética da Universidade de Oxford, (b) circuitos supercondutores da IBM e Rigetti, (c) processador com qubits iônicos da Universidade de Innsbruck, e (d) um processador quântico fotônico da Universidade de Viena.
[Imagem: C. Greganti et al. - 10.1103/PhysRevX.11.031049]

Diferentes tipos de computadores quânticos

A equipe implementou seu método em cinco computadores quânticos atuais usando 4 tecnologias de qubits diferentes: Circuitos supercondutores, íons aprisionados, fotônica e ressonância magnética nuclear. O método funcionou em todos sem quaisquer requisitos especiais.

Os testes também mostraram que a técnica pode ser usada para verificar um único computador contra si mesmo: Como os dois cálculos são diferentes, os dois resultados só concordarão se também estiverem corretos.

Outra vantagem importante dessa verificação cruzada é que não é necessário conferir o resultado completo de cada cálculo, o que seria demorado demais: Basta verificar com que frequência os diferentes computadores concordam nos casos em que os resultados devem coincidir.

Bibliografia:

Artigo: Cross-Verification of Independent Quantum Devices
Autores: C. Greganti, T. F. Demarie, M. Ringbauer, J. A. Jones, V. Saggio, I. Alonso Calafell, L. A. Rozema, A. Erhard, M. Meth, L. Postler, R. Stricker, P. Schindler, R. Blatt, T. Monz, P. Walther, J. F. Fitzsimons
Revista: Physical Review X
Vol.: 11, 031049
DOI: 10.1103/PhysRevX.11.031049
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