Computador quântico Willow do Google
IA quântica do Google
O que torna os computadores quânticos mais poderosos que as máquinas clássicas? Novos experimentos mostram que a propriedade da “contextualidade quântica” pode ser um fator chave.
Os computadores quânticos são fundamentalmente diferentes de todos os outros computadores porque exploram fenómenos quânticos únicos não encontrados na eletrónica convencional. Por exemplo, seus componentes, chamados qubits, são rotineiramente colocados em estado de superposição. Você parece estar assumindo duas propriedades ao mesmo tempo que geralmente são mutuamente exclusivas. Ou estão conectados através de um elo inextricável chamado emaranhamento quântico.
Agora, pesquisadores do Google Quantum AI realizaram diversas demonstrações usando o computador quântico Willow, mostrando que a propriedade da contextualidade quântica também desempenha um papel importante.
A contextualidade quântica captura algo estranho sobre a medição de propriedades de objetos quânticos. Por exemplo, a cor de uma caneta não é afetada pelo fato de o comprimento da caneta ser medido antes ou depois de ser medido, mas para objetos quânticos, as medições não podem ser tratadas como propriedades existentes, independentes de todas as outras medições.
Esta contextualidade foi previamente estudada em experimentos especiais utilizando luz quântica, e em 2018 uma equipe de pesquisadores provado matematicamente Ele também tem potencial para ser usado em algoritmos de computação quântica.
Em particular, este algoritmo permite que computadores quânticos encontrem fórmulas escondidas em objetos matemáticos maiores em um número constante de etapas, independentemente do tamanho dos objetos. Em outras palavras, a contextualidade quântica nos permite fazer algo semelhante a encontrar uma agulha num palheiro, independentemente do tamanho do palheiro.
Em nossos experimentos, implementamos esse algoritmo para aumentar os qubits de alguns qubits até 105. Isso equivale a fazer crescer um palheiro. O número de etapas aumentou com o número de qubits no Willow, o que significa que ele tem mais ruído e menos erros do que o computador quântico teórico ideal no qual o algoritmo foi escrito. No entanto, o número de etapas utilizadas por Willow permaneceu inferior ao número de etapas que os pesquisadores estimaram que seriam necessárias para um computador tradicional.
A contextualidade quântica parece, portanto, levar à vantagem quântica, um caso em que os computadores quânticos exploram a sua natureza quântica para superar os dispositivos clássicos. Além disso, a equipe implementou vários outros protocolos de computação quântica que dependem do contexto quântico e descobriu que os efeitos foram mais fortes do que em estudos anteriores.
“Quando ouvi falar disso pela primeira vez, disse que não seria possível. É realmente incrível”, diz ele. Adam Cabello na Universidade de Sevilha, Espanha.
“Esses resultados demonstram claramente como os computadores quânticos de hoje estão ultrapassando os limites da física quântica experimental”. Vir Burkandani Na Universidade Rice, Texas. Ele diz que um computador quântico, candidato a vantagens quânticas úteis, deveria ser capaz de realizar essas tarefas como referência para sua natureza quântica.
No entanto, esta demonstração ainda não provou a superioridade da tecnologia quântica para uso prático. Isso porque o algoritmo de 2018 provou rigorosamente que os computadores quânticos são melhores que os computadores clássicos apenas para mais qubits do que Willow e usando qubits que são menos propensos a erros, diz ele. Daniel Diehl na Universidade do Sul da Califórnia. O próximo passo, diz ele, poderia ser acoplar a nova pesquisa a algoritmos quânticos de correção de erros.
Além de fornecer uma nova referência para computadores quânticos, esta experiência também destaca a importância dos aspectos mais fundamentais da física quântica. Cabello diz que os investigadores ainda carecem de uma teoria abrangente sobre a causa exacta da superioridade quântica, mas que, ao contrário do emaranhamento, que muitas vezes tem de ser criado, a contextualidade está, em certo sentido, incorporada nos objectos quânticos. Computadores quânticos como Willow são agora bons o suficiente para nos forçar a levar a sério a estranheza da física quântica, diz ele.
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