Desenvolvimentos importantes para a computação quântica

A computação quântica é um campo interdisciplinar que utiliza os princípios da mecânica quântica para processar informações de forma mais rápida e eficiente do que os computadores clássicos. Uma aplicação promissora desta técnica é o recozimento quântico, uma técnica de otimização que utiliza a computação quântica para resolver problemas complexos, encontrando a energia mínima para uma função.

Neste contexto, os vidros de spin são muito úteis, pois são um protótipo de um sistema complexo e desordenado com dinâmica fortemente influenciada por efeitos quânticos.

Uma compreensão detalhada da fase crítica do vidro quântico de spin, quando o seu comportamento muda dramaticamente à medida que o campo magnético muda, é um problema de grande interesse teórico, dado que duas teorias contraditórias têm sido comparadas há mais de vinte anos sem chegar a um consenso universalmente aceito. teoria. A conclusão, no entanto, também é de grande valor aplicado, pois nos permitirá compreender se o recozimento quântico pode oferecer uma vantagem real na resolução de problemas de otimização combinatória. Outro método muito popular para o caixeiro-viajante é encontrar o caminho mais curto que lhe permita visitar uma série de cidades apenas uma vez cada e retornar ao ponto de partida.

Para responder a estas questões, novas técnicas de simulação capazes de ir além do actual estado da arte neste sector foram desenvolvidas pelo académico vencedor do Prémio Nobel Giorgio Parisi da Sapienza, e Massimo Bernaschi do National Research Council Applications Institute Cnr. -Iac), Isidoro González Adelaide e Victor Martín Prefeito da Universidade Complutense de Madrid. Os resultados obtidos, publicados na revista Nature, mostram que nada impede que o processo de recozimento encontre boas soluções sob determinadas condições.

Em particular, a nova abordagem adoptada pelos cientistas permitiu obter dados de qualidade estatística suficiente para medir propriedades do sistema como o chamado gap de energia, ou seja, a diferença entre o estado com energia mínima e o primeiro estado excitado, com uma precisão nunca alcançada antes, o que determina a utilidade do recozimento quântico na busca de soluções para o problema de otimização em consideração.

Para atingir este objetivo, foram utilizadas quase sete milhões de horas de computação, fornecidas pela Iniciativa Comunitária Europeia para Computação de Alto Desempenho euroHPC, em duas das maiores instalações de computação do continente: MeluXina no Luxemburgo e Leonardo, na CINECA em Itália. Todos os softwares desenvolvidos para simulação e análise foram disponibilizados para estudos posteriores.

“Os resultados obtidos – explica Giorgio Parisi da Sapienza – comprovam que o mecanismo de simetria protege o recozimento quântico, o que permite a aplicação eficaz desta mesma técnica. De facto, em condições de simetria adequadas, não existem, em princípio, obstáculos na obtenção de soluções para a otimização. problema Através de um processo do tipo quântico adiabático, ou seja, baseado em mudanças lentas e graduais no estado do sistema.”

Os resultados obtidos, recentemente confirmados por novas experiências realizadas por outro grupo de trabalho numa plataforma específica, abrem caminho a novas aplicações e novos desenvolvimentos no domínio da computação quântica.