Supercomputadores quânticos? Divisão de tarefas chega à computação quântica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 24/02/2025

O entrelaçamento e o teletransporte permitem conectar inúmeros processadores quânticos para formar um grande supercomputador quântico.
[Imagem: Helen Hainzer/Oxford University]

Supercomputador quântico

Em um marco que traz a computação quântica mais perto do uso prático em larga escala, cientistas da Universidade de Oxford, no Reino Unido, demonstraram a primeira instância de computação quântica distribuída.

Usando uma interface de rede fotônica, eles conectaram dois processadores quânticos separados para formar um único computador quântico totalmente conectado, abrindo caminho para enfrentar desafios computacionais antes fora do alcance, além de relativizar a dificuldade de colocar um número cada vez maior de qubits dentro de cada processador quântico.

O avanço tem a ver com o "problema da escalabilidade": Um computador quântico poderoso o suficiente para cumprir todas as promessas da tecnologia teria que ser capaz de processar milhões de qubits. Empacotar todos esses processadores em um único dispositivo, no entanto, exigiria uma máquina imensa.

Nesta nova abordagem, pequenos processadores quânticos são conectados por luz, permitindo que as computações sejam distribuídas pela rede. Em teoria, não há limite para o número de processadores que podem estar na rede.

A arquitetura escalável é baseada em módulos que contêm apenas um pequeno número de qubits de íons aprisionados, também conhecidos como qubits atômicos. Eles são conectados usando fibras ópticas e usam luz - fótons, em vez de sinais elétricos - para transmitir dados entre eles. Esses links fotônicos permitem que qubits em módulos separados sejam entrelaçados quanticamente, permitindo que a lógica quântica seja executada entre os módulos usando o fenômeno do teletransporte quântico.

Esquema do teletransporte de uma porta Z controlada entre dois módulos de qubits iônicos.
[Imagem: D. Main et al. - 10.1038/s41586-024-08404-x]

Comunicação quântica por teletransporte

Os dois fenômenos cruciais usados para a criação deste computador quântico distribuído são o entrelaçamento e o teletransporte. O entrelaçamento permite que duas partículas, como um par de fótons, permaneçam correlacionadas mesmo quando separadas por grandes distâncias. Isso permite que elas compartilhem informações sem terem que viajar fisicamente.

Já o teletransporte quântico permite a transferência de informações quânticas por longas distâncias quase instantaneamente, usando o entrelaçamento.

Embora o teletransporte quântico de estados já tenha sido demonstrado em diversas situações, esta é a primeira demonstração do teletransporte quântico de portas lógicas (os componentes mínimos de um algoritmo) através de um link de rede. De acordo com os pesquisadores, isso pode estabelecer as bases para uma futura internet quântica, onde processadores distantes poderiam formar uma rede ultrassegura para comunicação, computação e sensoriamento.

"Demonstrações anteriores de teletransporte quântico se concentraram na transferência de estados quânticos entre sistemas fisicamente separados. Em nosso estudo, usamos o teletransporte quântico para criar interações entre esses sistemas distantes. Ao adaptar cuidadosamente essas interações, podemos executar portas quânticas lógicas - as operações fundamentais da computação quântica - entre qubits alojados em computadores quânticos separados. Esse avanço nos permite efetivamente 'conectar' processadores quânticos distintos em um único computador quântico totalmente conectado," explicou o professor Dougal Main.

O conceito é semelhante ao funcionamento dos supercomputadores tradicionais, que são compostos de computadores menores conectados entre si para atingir capacidades maiores do que as de cada unidade separada. Essa estratégia contorna muitos dos obstáculos de engenharia associados à compactação de números cada vez maiores de qubits em um único processador, ao mesmo tempo em que preserva as delicadas propriedades quânticas necessárias para computações precisas e robustas.

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