E se fosse possível usar computadores quânticos para descobrir novos medicamentos, desenvolver materiais mais resistentes ou simular reações químicas com uma precisão impensável?
Luís Paulo Santos e Mafalda Ramôa, investigadores do INESC TEC, têm trabalhado, em colaboração muito próxima com investigadores da Virginia Tech Center for Quantum Information Science and Engineering (VTQ), para desenvolver um método inovador para tornar os algoritmos variacionais quânticos muito mais eficientes e viáveis nos computadores quânticos atuais. O estudo, intitulado Reducing the Resources Required by ADAPT-VQE Using Coupled Exchange Operators and Improved Subroutines já está publicado na revista npj Quantum information.
O trabalho foca-se no algoritmo quântico ADAPT-VQE, utilizado para simular moléculas e calcular as suas propriedades quânticas, como o estado de menor energia de uma molécula — uma tarefa fundamental na química computacional e na física.
Mafalda Ramôa, explica que “este algoritmo tem aplicações em ciência de materiais, desenvolvimento de fármacos, entre outros” e adianta que o artigo propõe uma “versão mais eficiente do algoritmo, reduzindo a complexidade dos circuitos quânticos e os custos de medição”.
A verdade é que, apesar do seu potencial, o ADAPT-VQE exigia, até agora, demasiados recursos dos computadores quânticos atuais, que ainda operam sob fortes restrições técnicas e estão sujeitos a ruído.
“Os computadores quânticos atuais são ruidosos, e os custos de medição dos algoritmos mais apropriados para eles são demasiado elevados para serem viáveis”, salienta. “Ao diminuirmos a profundidade dos circuitos e o número de portas de dois qubits (entrelaçantes) reduzimos o impacto do ruído. Por outro lado, diminuir o número de medições diminui os custos de executar os algoritmos”.
Os investigadores asseguram que os resultados experimentais revelam ganhos expressivos. “Obtemos uma redução dramática dos custos do ADAPT-VQE comparando com a primeira versão do algoritmo: a profundidade do circuito e os custos de medição foram reduzidos em 96% e 99.6%, respetivamente, para moléculas com entre 12 e 14 qubits”, afirma a investigadora.
“Em comparação com outros algoritmos com profundidades de circuito semelhantes, a nossa proposta diminui os custos de medição em cinco ordens de grandeza”, acrescenta.
A técnica poderá ter impacto direto em várias áreas, ao permitir o uso de computadores quânticos para problemas do mundo real — algo que ainda não é comum.
Desde o estudo de novas moléculas para fármacos, à modelação de reações químicas complexas e à otimização de materiais com propriedades específicas, este avanço representa um passo relevante na transição da computação quântica do laboratório para aplicações práticas.
Os investigadores mencionados na notícia têm vínculo ao INESC TEC e à U.Minho.
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