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A principal promessa da computação quântica é resolver em questão de dias problemas em áreas como matemática, finanças e sistemas biológicos tão complexos que um computador clássico levaria centenas de anos para calcular.
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No entanto, esses supercomputadores esbarram na barreira do ruído, provocado por problemas de hardware que geram resultados falhos. “Minha pesquisa está no nível do algoritmo. E meu objetivo é descobrir, dado esse ruído no dispositivo, o que podemos fazer sobre isso ao implementar algoritmos quânticos”, diz Xiu Yang, professor assistente de engenharia industrial e de sistemas na Faculdade de Engenharia e Ciência Aplicada da Universidade de Lehigh Rossin, nos EUA.
Yang ganhou recentemente o apoio do programa de desenvolvimento precoce de carreira (CAREER) da National Science Foundation — uma bolsa de US$400 mil ao longo de cinco anos — para sua proposta de desenvolver métodos para modelar a propagação de erros em algoritmos de computação quântica e filtrar o ruído decorrente nos resultados.
Segundo o site Eurekalert, o prêmio NSF CAREER é concedido anualmente a membros do corpo docente em todo o território norte-americano que mesclam a função de professores universitários com pesquisas de destaque.
Yang usará métodos estatísticos e matemáticos de ponta para avaliar a incerteza induzida pelo ruído do dispositivo em algoritmos de computação quântica. Ele acredita que seu trabalho poderia ajudar a avançar a aplicação da computação quântica no mundo real em uma ampla gama de campos, como o desenvolvimento de medicamentos, otimização de portfólio e criptografia de dados, onde a tecnologia é vista como um potencial divisor de águas.
“Meu primeiro objetivo é modelar o acúmulo de ruído”, explicou. “Então, por exemplo, se eu executar um algoritmo iterativo, o ruído ou o erro do dispositivo se acumularão através de cada iteração. É possível que, para alguns algoritmos, o erro seja tão grande que o resultado do algoritmo seja inútil. Mas, em outros casos, pode não ser bastante significativo”.
Yang diz que, nesses casos, o ruído que está contaminando o resultado pode ser filtrado. “Então, primeiro preciso ver como o erro se propaga e, em seguida, se eu souber o quanto ele contaminou o resultado, posso determinar se os resultados são inúteis, ou se o ruído pode ser filtrado para obter o resultado desejado”.
Para isso, o pesquisador pretende investigar vários tipos de algoritmos para determinar como eles são afetados e se eles precisam ou não ser redesenhados. “Basicamente, estou analisando a adequação dos algoritmos quânticos em computadores quânticos”, diz ele. “Portanto, esta é uma análise numérica quântica de uma perspectiva probabilística”.
Segundo Yang, o objetivo final é permitir que a computação quântica atinja sua promessa de velocidade incomparável quando se trata de resolver problemas altamente complexos como aqueles sistemas físicos e químicos que envolvem interações entre milhões de moléculas.
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“Digamos que uma empresa farmacêutica queira projetar uma nova droga ou vacina. Eles precisam entender a interação entre todas essas partículas”, explicou Yang. “Se eu usasse um computador clássico, esse processo seria muito lento. Mas com um computador quântico, seria muito, muito rápido”.
Ele diz que o prêmio não só ajuda seu campo a se aproximar dessa realidade, mas também reflete um reconhecimento fora de sua comunidade de pesquisadores de que o potencial da computação quântica vale o investimento. “Este prêmio é da Divisão de Fundações de Computação e Comunicação da NSF e de sua Divisão de Ciências Matemáticas. O que significa que as pessoas da comunidade de matemática e estatística estão agora se interessando pela computação quântica. Eles percebem que essa é uma área muito importante, e nós podemos fazer uma contribuição”.
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