Os computadores quânticos foram anunciados como revolucionários no campo da computação científica, mas pesquisadores mostraram recentemente que um computador clássico, às vezes, pode superá-los. Usando modelos matemáticos avançados, uma equipe resolveu um problema complexo de física quântica, inicialmente considerado inacessível sem utilizar um computador clássico.
A chave para esse sucesso reside em um fenômeno chamado "confinamento", que restringe a propagação dos efeitos de emaranhamento dentro do sistema. Esta descoberta, publicada na
Physical Review Letters, lança uma nova luz sobre a linha tênue entre o desempenho dos computadores clássicos e os computadores quânticos.
Joseph Tindall, pesquisador do Flatiron Institute, e sua equipe estudaram um modelo de spins magnéticos em uma rede bidimensional. Nesse modelo, cada "spin" age como um pequeno ímã que pode apontar para cima ou para baixo, ou até mesmo estar numa sobreposição de ambos os estados. Quando um campo magnético é aplicado, os spins começam a interagir entre si, produzindo um emaranhamento, ou seja, uma conexão quântica entre seus estados.
No entanto, Tindall observou que esse emaranhamento permanecia limitado a pequenos grupos de spins vizinhos, em vez de se espalhar por todo o sistema. Esse confinamento diminui a complexidade do cálculo, tornando possível sua resolução por um computador clássico. Esta simplificação inesperada é fruto de uma arquitetura específica do sistema, que direciona os efeitos de emaranhamento de forma localizada.
A IBM havia projetado um problema complexo de simulação magnética para testar seus computadores quânticos. Segundo seus pesquisadores, este cálculo deveria ser impossível para um computador clássico. Mas em duas semanas, Tindall provou que poderia resolvê-lo usando um modelo clássico, e até mesmo com as capacidades de um smartphone.
Sua abordagem se baseia em técnicas clássicas que, embora conhecidas, são raramente aplicadas em simulações quânticas. Por meio de uma combinação engenhosa de métodos, Tindall demonstrou que o confinamento do emaranhamento simplificava o problema a ponto de ser solucionável sem o uso de tecnologias quânticas.
O confinamento, neste contexto, funciona de maneira semelhante ao confinamento dos quarks na física de partículas. Isso significa que os spins no sistema permanecem em sua maioria orientados de maneira ordenada e não se tornam caóticos. Este comportamento, longe do esperado para um sistema quântico "livre", limita o emaranhamento e reduz assim a complexidade do cálculo.
Esta descoberta abre novas perspectivas para avaliar onde os computadores quânticos poderiam realmente superar os clássicos.
Os algoritmos desenvolvidos por Tindall e seus colegas podem assim se tornar ferramentas de referência para experimentações futuras. Este estudo representa um avanço no entendimento dos limites entre as capacidades dos computadores clássicos e quânticos.
Fonte: Physical Review Letters