Computador quântico supera PC normal

Uma serie de testes de entre um PC normal e um computador quântico disponível comercialmente mostra um grande potencial da máquina quântica, deixando o PC de fuga para trás. A diferença entre bits clássicos e bits quânticos, ou qubitsé que o último pode tomar os valores 0 e 1, ao mesmo tempo que, em teoria, significa que a velocidade de computação muito mais rápida . Para classificá-los como realmente quântico, os qubits devem ser ligados pela propriedade do emaranhamento quântico. Para provar que não era uma tarefa mundana, porque o emaranhamento é impossível medir enquanto o dispositivo está em ação, mas em março de 2013 uma evidência indireta de emaranhamento foi adquirida em dois testes separados de dispositivo da D-Wave.

Bits, Pbits e qubits (Crédito: DaveBacon / ScienceBlogs)

D-Wave , uma empresa canadense, tem sido no negócio de venda de computadores quânticos desde 2011. A empresa utiliza um método não-mainstream chamada computação quântica adiabática , o que fez com que os críticos da D-Wave ser em clima dúvida suas fichas foram realmente utilizando a acção da mecânica quântica . 

Uma equipe de engenheiros australianos no ano passado, afirmou que fez o primeiro bit quântico de trabalho (qubit) formado a partir de um único átomo de fósforo , embutido em um chip de silício convencional. Engenheiros australianos criou um transistor de silício tão pequeno que "electrões têm de se deslocar ao longo dela, um após o outro. Um único átomo de fósforo é então implantado no substrato de silício, ao lado do transistor. O transistor só permite que a eletricidade fluir através dele se um electrão de um átomo de fósforo salta para uma "ilha" no meio do transistor. Ao controlar electrões do fósforo, os engenheiros podem controlar o fluxo de electricidade através do transistor.

A equipe multinacional, liderada pela  University of Southern California  professor Daniel Lidar e pesquisador de pós-doutorado Zhihui Wang, assim como a Universidade da Califórnia, Santa Barbara físico David Awschalom, divulgou estudo em 2012 (publicado na  Nature ), que explica o trabalho do sistema de computador diamante quantum destaque dois bits quânticos, ou qubits, feitos de partículas subatômicas.

Em oposição aos bits de computador tradicionais, que podem codificar distintamente um ou um zero ou um, q-bits pode codificar um e uma de zero ao mesmo tempo. Esta propriedade, chamada de superposição , juntamente com a capacidade de estados quânticos de "túnel" através de barreiras de energia, algum dia, vai permitir que os computadores quânticos para realizar cálculos de otimização muito mais rápido do que os computadores tradicionais.

Catherine McGeoch de Amherst College, Massachusetts, um consultor para D-Wave, realizou testes de seu computador, mostrando que ele pode melhor do que máquinas regulares executar. Computador da D-Wave é construído para resolver um tipo particular de problema de optimização: minimizando a solução de uma equação complicada pela escolha dos valores de certas variáveis. Enquanto isso soa muito complicado, esse tipo de resolução de problemas é utilizado em muitas aplicações, tais como reconhecimento de imagem e aprendizagem de máquina.

Com a ajuda de seu colega Wang Cong de Simon Fraser University, em Burnaby, McGeoch colocar uma máquina D-Wave Two, que possui 439 qubits supercondutores formados a partir de laços de nióbio, com seus ritmos, executando o problema nele. Eles correram o mesmo problema em um PC high-end tentar resolvê-lo por meio de três principais algoritmos. Surpreendentemente, o computador D-Wave foi de cerca de 3600 vezes mais rápido do que o melhor algoritmo convencional .

Sistema de computador quântico supercondutor (Crédito: Universo Review)

O McGeoch teste realizado foi o de encontrar a melhor solução para uma versão do problema de otimização, com cada sistema dado cerca de meio segundo para terminar, e ela repetiu o teste com 100 versões diferentes. Depois disso, ela fez a experiência para os problemas que envolvem ainda mais variáveis, incluindo a equação mais complicada.

Toda vez que a máquina D-Wave concluído dentro de apenas meio segundo, encontrar a melhor solução para um determinado problema, enquanto os três algoritmos regulares tiveram dificuldade em manter-se de problemas que incluíram mais de 100 ou mais variáveis.  CPLEX , que tiveram o melhor desempenho de três algoritmos regulares, necessários para executar durante meia hora para coincidir com o desempenho do D-Wave em maiores problemas

Este diagrama explica Qubits ou a versão quântica de bits (Crédito: Universo Review)

Catarina McGeoch também queria ver como os computadores executar com dois outros problemas. O dispositivo D-Wave não é capaz de resolvê-los diretamente para que exige um pedaço extra de software que converte em uma forma que ele pode manipular. Mesmo que o dispositivo de D-wave tinha uma vantagem menor nestes casos, ainda conseguiram igualar ou superar os algoritmos em computadores normais. Os resultados dos testes serão apresentados na próxima semana durante a Conferência Internacional sobre Fronteiras ACM Computing em Ischia, Itália.

Esta comparação mostra o grande potencial dos computadores quânticos, e esta tecnologia pode ser colocado em uso comercial, mais cedo do que imaginamos. Está se tornando cada vez mais atraente , e se você é uma empresa voltada para o futuro, então você pode ser muito mais compelido a realmente entender como usar esses dispositivos, afirma Jeremy O'Brien, da Universidade de Bristol, Reino Unido.

Existe ainda a possibilidade de a máquina de D-Wave usando uma forma não convencional, mas é altamente optimizado de cálculo, não depender de emaranhamento. O efeito quântico ainda tem que ser provado e confirmado pelas equipes de repetir os experimentos. Os testes de velocidade também não é muito justo, porque os computadores genéricos sempre executar bem menos do que um dispositivo dedicado a resolver um problema específico, aponta McGeoch.

Um próximo passo seria a construção de um processador convencional otimizado para essa tarefa, para uma comparação mais justa, explica O'Brien. De acordo com Colin Williams da D-Wave, a empresa dispositivo encontra a melhor solução de uma maneira muito diferente de algoritmos regulares . Em um sistema clássico, as soluções são pobres para começar, mas melhorar rapidamente, e então lentamente convergir para a melhor resposta. Eu nunca vi nada como isso em um algoritmo clássico antes.

" Ao invés de gastar todo o nosso tempo nesta aferição acadêmico, nós preferimos gastar nosso tempo no desenvolvimento de aplicações do mundo real neste momento. " Colin Williams

Fontes: New Scientist , Universe Revisão

Imagem em destaque: Fotografia de um chip construído pela D-Wave Systems Inc. concebido para funcionar como um processador de 128 qubits supercondutores adiabatic quantum otimização, montado em um suporte de amostra.