Supremacia quântica é demonstrada em problemas práticos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 29/05/2023

O processador quântico foi usado para resolver problemas práticos de otimização.
[Imagem: D-Wave]

Supremacia na otimização

A empresa canadense D-Wave foi a primeira a lançar um computador realmente quântico no mercado, há mais de uma década.

Agora, a equipe da empresa apresentou um novo processador que apresentou a famosa supremacia quântica ao resolver problemas de otimização combinatória, que são comuns no mundo real e usados em vários campos, incluindo logística, roteamento de redes de computadores, aprendizado de máquina e ciência dos materiais.

Até agora, a supremacia quântica, ou vantagem quântica, quando a computação quântica supera a capacidade dos supercomputadores clássicos, só havia sido demonstrada em algoritmos não diretamente aplicáveis a problemas práticos.

O novo processador, oportunamente batizado de Advantage, usa um vidro de spin programável com 5.000 qubits - os processadores da D-Wave usam uma técnica diferenciada, chamada recozimento quântico, de modo que é difícil comparar seus processadores com outros em termos de quantidade de qubits.

"Este trabalho valida a hipótese original por trás do recozimento quântico, fechando o círculo de alguns experimentos seminais conduzidos na década de 1990. Esses experimentos originais pegaram pedaços de liga de vidro de spin e os submeteram a campos magnéticos variados, e as observações sugeriram que, se fizéssemos um vidro de spin quântico programável, ele poderia levar a problemas de otimização de estados de baixa energia mais rapidamente do que algoritmos clássicos análogos," detalhou Andrew King, líder da equipe.

As tentativas anteriores, contudo, incluindo uma usando um processador D-Wave 2, não haviam verificado vantagens imbatíveis em relação aos computadores eletrônicos. O novo processador conseguiu isto pela primeira vez.

O processador D-Wave Advantage, com mais de 5.000 qubits e 40.000 acopladores programáveis, foi usado para demonstrar o recozimento coerente por meio de uma transição de fase quântica, proporcionando uma aceleração em relação ao recozimento simulado.
[Imagem: D-Wave]

Superioridade inquestionável

A equipe usou um processador quântico D-Wave Advantage, o mais avançado da empresa, e obteve uma aceleração extra colocando o processador em um regime de recozimento sem efeitos termais, o que não havia sido alcançado nos testes anteriores.

Para testar o recozimento coerente de forma rigorosa e confiável, a equipe aplicou-o a um problema que não pode ser simulado usando ferramentas de computação clássicas.

"Por várias razões, os computadores quânticos D-Wave baseados em recozimento são a única plataforma quântica que consegue resolver esse tipo de problema de otimização," disse King. "O primeiro é o tamanho: Analisamos o comportamento de dimensionamento a partir de vidros de spin muito pequenos (250 qubits) até muito grandes (mais de 5.000 qubits); 250 é praticamente o limite superior para outras plataformas. O segundo motivo é a programabilidade: Programamos redes de qubits em uma geometria tridimensional, ajustando cada interação qubit-qubit individualmente."

• O que é vidro de spin?

Mapeamento do problema no vidro de spin 3D.
[Imagem: Andrew D. King et al. - 10.1038/s41586-023-05867-2]

Ambiente de produção

Os experimentos foram realizados em um sistema de produção online, o que significa que eles podem rodar junto com as atividades de clientes da empresa na nuvem. Nessa plataforma online, e com seu sistema de vidro de spin de 5.000 qubits, eles finalmente demonstraram a vantagem quântica em problemas de otimização.

King e seus colegas acreditam que o recozimento quântico sempre terá um desempenho melhor do que o modelo de portas lógicas (clássico) em problemas de otimização. É por isso que a D-Wave está atualmente focada no desenvolvimento dessas plataformas.

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