Os computadores quânticos prometem resolver problemas que desafiam os limites da computação clássica. Mas o que torna essas máquinas tão especiais? Para cientistas da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN), uma das respostas pode estar na chamada “magia” quântica — uma propriedade que indica o grau de dificuldade de reproduzir, em computadores convencionais, o comportamento de sistemas quânticos.
Em estudo recente, os pesquisadores Rafael Chaves, do Instituto Internacional de Física (IIF/UFRN); Darlan Moreira, da Escola de Ciências e Tecnologia (ECT/UFRN); Alexssandre de Oliveira, da Universidade Técnica da Dinamarca; Rafael Macêdo, da Universidade de Copenhague; Luna Lima, pesquisadora de pós-doutorado no IIF/UFRN; e Joab Morais, doutorando vinculado ao Programa de Pós-Graduação em Física (PPGF/UFRN), apresentaram um novo método para medir esse recurso.
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“Estados sem ‘magia’, também chamada de não-estabilizabilidade, podem ser simulados de forma eficiente por máquinas convencionais. Quanto maior essa propriedade, mais difícil e custoso é imitar o comportamento quântico. Por isso, medir a ‘magia’ é importante para compreender os limites da simulação clássica e as vantagens dos computadores quânticos em relação aos tradicionais”, destacou o Prof. Darlan Moreira.
Novo método simplifica análise de sistemas quânticos complexos
Até então, medir a “magia” exigia a reconstrução completa do estado quântico, processo que pode dificultar o estudo de sistemas com um número elevado de qubits, as unidades básicas de informação da computação quântica. Publicada na revista científica PRX Quantum, no dia 14 de outubro, a nova abordagem otimiza o cálculo desta propriedade, abrindo caminho para analisar sistemas maiores e mais complexos.
“Para determinar se um estado quântico possui ‘magia’, precisamos verificar se ele está dentro de um politopo, uma estrutura geométrica cuja complexidade cresce com o número de qubits. Criamos um algoritmo que projeta esse objeto em um subespaço de menor dimensão, usando apenas uma parte dos dados para estimar a ‘magia’ de sistemas grandes, que antes seriam inviáveis de analisar”, explicou o Prof. Rafael Chaves.
Além de reduzir o número de medições necessárias e simplificar os cálculos envolvidos, o método amplia as possibilidades de investigar sistemas quânticos de muitos corpos, nos quais diversas partículas interagem entre si. “No artigo, mostramos que é possível identificar transições de fase quânticas usando apenas as mesmas medições locais que já são feitas para medir a energia do sistema”, ressaltou o Prof. Darlan.
Segundo o professor Rafael Chaves, a pesquisa também deve aproximar a teoria da prática experimental. “No futuro, o novo método poderá ajudar a desenvolver novas formas de estimar essa propriedade a partir de medições em laboratório, além de ter aplicações no estudo da injeção de estados mágicos em computadores quânticos tolerantes a falhas”, afirmou o pesquisador do IIF/UFRN.
O artigo “Predicting Magic from Very Few Measurements” está disponível para leitura gratuita aqui.
Fonte: Pesquisadores da UFRN desenvolvem método para medir a “magia” por trás da computação quântica | IIF
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