Existem alguns problemas que são muito difíceis até mesmo para computadores quânticos.
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Os pesquisadores identificaram um “cenário de pesadelo” computacional envolvendo um tipo raro de material quântico que é impossível de resolver mesmo com os computadores quânticos mais eficientes.
Sem a complexidade do estado quântico da matéria, determinar a fase da matéria é relativamente fácil. Por exemplo, considere a água. Você pode facilmente dizer se é fase sólida ou líquida. No entanto, a versão quântica desta tarefa poderia ser muito mais difícil. Thomas Schuster Pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Califórnia mostraram que determinar a fase quântica da matéria pode ser difícil, mesmo para computadores quânticos.
Eles analisaram matematicamente um cenário em que um computador quântico recebe um conjunto de medições sobre o estado quântico de um objeto e precisa identificar sua fase. Schuster disse que este não é necessariamente um problema impossível, mas a sua equipa demonstrou que uma porção significativa das fases quânticas da matéria (tais como as relações mais exóticas entre água líquida e gelo, tais como fases “topológicas” caracterizadas por correntes eléctricas estranhas) podem exigir computadores quânticos para calcular tempos incrivelmente longos. Esta situação é como a pior versão de uma experiência de laboratório, onde os instrumentos precisam de ser mantidos em funcionamento durante milhares de milhões ou mesmo biliões de anos para determinar as propriedades de uma amostra.
Isso não significa que os computadores quânticos sejam efetivamente desnecessários para esta tarefa. Schuster disse que é improvável que essas fases apareçam em experimentos reais com materiais ou computadores quânticos, e diz que são mais um diagnóstico da atual falta de compreensão dos computadores quânticos do que uma ameaça prática imediata. “São como cenários de pesadelo e seria muito ruim se aparecesse. Provavelmente não acontecerá, mas precisamos entender melhor”, afirma.
Bill Fefferman Pesquisadores da Universidade de Chicago, em Illinois, dizem que o curso levanta questões interessantes sobre o que os computadores podem fazer em geral. “Isso pode dizer algo sobre os limites da computação de forma mais ampla: que, embora tenham sido alcançadas acelerações dramáticas para certas tarefas específicas, sempre haverá tarefas que ainda são muito difíceis, mesmo para computadores quânticos eficientes”, diz ele.
Matematicamente, diz ele, a nova pesquisa combina aspectos da ciência da informação quântica usados na criptografia quântica com ideias fundamentais da física dos materiais, de modo que também poderia ajudar a avançar ambos.
No futuro, os pesquisadores esperam expandir sua análise para fases quânticas da matéria mais energéticas ou excitadas, que são conhecidas por serem difíceis de realizar cálculos mais amplos.
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