Um novo método para aumentar o desempenho do computador Quantum

• Os pesquisadores desenvolvem um método teórico para melhorar o desempenho da computação quântica.
• O método é conhecido como desacoplamento dinâmico e funcionou em 2 computadores quânticos de pequena escala.
• Não requer sobrecarga de codificação e funciona transformando portas quânticas em pulso de desacoplamento.

O conceito de computação quântica foi introduzido no início dos anos 1980. A ideia é usar bits quânticos (qubits que podem estar em superposições de estados) em vez de bits binários para realizar cálculos com segurança e em velocidade extremamente rápida.

Três décadas depois, o campo da computação quântica ainda está em sua infância. Embora centenas de testes tenham sido conduzidos em que cálculos quânticos foram executados em um pequeno número de qubits.

Espera-se que os computadores quânticos sejam vários milhões de vezes mais rápidos do que os supercomputadores de hoje, e eles têm o potencial de revolucionar a indústria de finanças, defesa, tecnologia da informação e medicina. Eles utilizam o comportamento dos átomos para realizar tarefas incrivelmente complexas em velocidades extremamente rápidas.

No entanto, eles têm algumas limitações. Eles são altamente propensos a erros e requerem estabilidade para sustentar as operações. Normalmente, eles não funcionam corretamente e produzem resultados ruins. Pesquisadores em todo o mundo ainda não conseguiram alcançar uma máquina quântica que supere um computador tradicional em qualquer tarefa.

O principal problema com os computadores quânticos atuais é o "ruído" - perturbação causada por vibração, temperatura e som. Ele gera decoerência, que pode tornar os qubits instáveis ​​ao interromper a duração de um estado quântico. Isso diminui o tempo que uma máquina quântica pode executar uma tarefa com precisão (sem erros).

Uma máquina quântica com muita decoerência não tem utilidade. Se você puder resolver esse problema, poderá chegar ao ponto em que a computação quântica se torna prática e mais produtiva do que os computadores convencionais.

Recentemente, pesquisadores da University of Southern California revelaram um método teórico para melhorar o desempenho da computação quântica. Ele aborda uma fraqueza dos computadores quânticos atuais, minimizando cálculos defeituosos enquanto aumenta a fidelidade dos resultados. O método é conhecido como Dynamical Decoupling (DD) e funcionou em 2 computadores quânticos.

DD é desenvolvido para suprimir a decoerência através da aplicação de pulsos aplicados ao sistema, que cancelam a interação entre o sistema e o ambiente a uma dada ordem na teoria de perturbação dependente do tempo. No geral, ele não requer sobrecarga de codificação e funciona transformando portas quânticas em pulso de desacoplamento.

Referência:Cartas de Revisão Física | doi:10.1103 / PhysRevLett.121.220502 | USC

As sequências de tempo para esses testes foram muito pequenas:200 pulsos foram registrados em 0,6 microssegundos.

Aplicação de desacoplamento dinâmico na máquina quântica de hoje

Os pesquisadores testaram o DD em 2 computadores quânticos - o QX5 de 16 qubit da IBM e o Acorn de 19 qubit da Rigetti - e descobriram que é mais fácil e confiável do que outros métodos. É adequado para implementação em computadores quânticos baseados em nuvem de pequena escala existentes.

O processador quântico de 8 qubit | Crédito da imagem:Rigetti Computing

O método pode proteger estados de dois qubit emaranhados até certo ponto. Diferentes sequências de desacoplamento dinâmico podem mitigar erros de defasagem e de emissão espontânea. Ao contrário de estudos anteriores, eles não usaram código de correção de erro quântico e, portanto, alcançaram melhorias excepcionais na fidelidade contra a decoerência natural.

A fidelidade final para o QX5 da IBM saltou de 28,9% para 88,4%, enquanto para o Acron da Rigetti, melhorou de 59,8% para 77,1%. Os pesquisadores também descobriram que mais vantagens sempre permitem melhorias de fidelidade para sustentar por mais tempo no computador quântico Rigetti, enquanto para o computador IBM, havia um limite de aproximadamente 100 pulsos.

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No geral, o estudo mostra que o mecanismo de desacoplamento dinâmico funciona muito melhor do que as técnicas de correção de erros quânticos existentes.