Software quântico roda em computador clássico

Redação do Site Inovação Tecnológica - 12/08/2021

A dupla escolheu um "software quântico" específico, conhecido como Algoritmo de Otimização Quântica Aproximada, ou QAOA.
[Imagem: Matija Medvidovic et al. - 10.1038/s41534-021-00440-z]

Quântico versus eletrônico

Físicos da Escola Politécnica Federal de Lausanne, na Suíça, e da Universidade de Colúmbia, nos EUA, descobriram uma maneira de executar um algoritmo de computação quântica complexo em computadores tradicionais, em vez de nos computadores quânticos.

Matija Medvidovic e Giuseppe Carleo desenvolveram uma abordagem para simular um algoritmo quântico de otimização usando um programa de inteligência artificial rodando em um computador eletrônico tradicional.

Para isso, foi necessário desenvolver um algoritmo de aprendizado de máquina clássico, mas que funciona imitando de perto o comportamento dos computadores quânticos.

Carleo e Medvidovic estavam de fato lidando com uma questão-chave em aberto nesse campo, a chamada supremacia quântica: Será que os algoritmos executados nos processadores quânticos atuais - e naqueles factíveis com a tecnologia atual - podem oferecer uma vantagem significativa sobre os algoritmos clássicos para tarefas de interesse prático?

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Algoritmo de Otimização Quântica Aproximada

Para abordar a questão, a dupla escolheu um "software quântico" específico, conhecido como Algoritmo de Otimização Quântica Aproximada, ou QAOA (Quantum Approximate Optimization Algorithm), que é usado para resolver problemas clássicos de otimização em matemática - essencialmente, é uma maneira de escolher a melhor solução para um problema a partir de um conjunto de soluções possíveis.

A IBM já havia usado um supercomputador para simular efeitos quânticos, empurrando os limites dos computadores eletrônicos.
[Imagem: Kandala et al./Nature]

O QAOA é um exemplo de uma família de algoritmos conhecidos como algoritmos quânticos variacionais, que são formas de calcular o estado de menor energia, ou estado fundamental, de um sistema quântico - vale dizer, de uma partícula quântica e, neste caso, vale também dizer, de um qubit.

Usando computadores convencionais, os dois pesquisadores desenvolveram então um método capaz de simular aproximadamente o comportamento desse algoritmo, só que sem depender dos qubits e de seus comportamentos enigmáticos, envolvendo fenômenos como a superposição e o entrelaçamento.

"Há muito interesse em entender quais problemas podem ser resolvidos de forma eficiente por um computador quântico, e o QAOA é um dos candidatos mais proeminentes," justificou Carleo.

Avaliação comparativa de softwares quânticos

A tentativa não apenas deu certo, como também os resultados estabelecem uma nova referência para o desenvolvimento futuro dos programas quânticos, sobretudo permitindo que os programadores centrem esforços naqueles que não podem ser simulados nos computadores eletrônicos.

"Nosso trabalho mostra que o QAOA que você pode executar em computadores quânticos atuais e no futuro próximo pode ser simulado, com boa precisão, em um computador clássico também. No entanto, isso não significa que todos os algoritmos quânticos úteis que podem ser executados em processadores quânticos de curto prazo possam ser emulados classicamente.

"Na verdade, esperamos que nossa abordagem sirva como um guia para desenvolver novos algoritmos quânticos que sejam úteis e difíceis de simular para os computadores clássicos," disse Carleo.

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