Uma equipe internacional liderada por pesquisadores da China e de Cingapura desenvolveu os primeiros modelos computacionais que funcionam como cópias fiéis de processadores quânticos reais. Os chamados modelos substitutos preditivos conseguem aprender o comportamento de computadores quânticos e antecipar seus resultados com precisão, cortando em mais de 99,97% a necessidade de medições repetidas que atualmente encarecem e freiam o uso da tecnologia.
Segundo reportagem do Phys.org, o estudo foi publicado na revista científica Nature Communications. A pesquisa reúne cientistas do Laboratório-Chave de Informação Quântica e Criptografia de Henan e da Universidade Tecnológica de Nanyang, em Cingapura, que testaram a técnica em um processador supercondutor real com até 42 qubits programáveis.
He-Liang Huang, autor sênior do artigo, explicou que a escassez e a lentidão dos processadores quânticos atuais são obstáculos centrais para a área. Os processadores quânticos não rodam especialmente rápido — em sistemas supercondutores, um circuito completo muitas vezes é repetido a taxas de apenas quilohertz. Quando uma tarefa exige milhões de repetições, isso vira um gargalo prático sério, afirmou.
Os modelos substitutos funcionam como verdadeiros gêmeos digitais de um chip quântico. Depois de treinados com uma quantidade relativamente pequena de dados coletados diretamente do hardware, eles passam a prever o resultado de novos experimentos inteiramente no lado clássico, sem necessidade de acesso contínuo ao computador quântico.
O ganho mais impressionante está na eficiência. Os pesquisadores usaram a técnica para acelerar a otimização de algoritmos quânticos e para identificar fases da matéria fora do equilíbrio, dois tipos de tarefa que normalmente demandariam milhões de rodadas de medição no chip. Em ambos os casos, a precisão das previsões se manteve alta, enquanto a carga experimental despencou.
Outro achado crucial é que a quantidade de dados quânticos necessária para treinar os substitutos não cresce de forma proibitiva conforme o processador aumenta de tamanho. Isso torna a abordagem aplicável a máquinas de grande escala com milhares de qubits, algo que os autores consideram um passo rumo ao uso prático e disseminado da computação quântica.
Yuxuan Du, coautor do artigo, destacou que a equipe pretende ir além dos computadores baseados em qubits tradicionais. Queremos expandir o arcabouço para sistemas de variáveis contínuas e sistemas fermiônicos, e tornar os substitutos ainda mais poderosos para dar suporte a tarefas quânticas de escala industrial, projetou.
A tecnologia abre caminho para democratizar o acesso a processadores quânticos de ponta. Atualmente restritos a poucos laboratórios no mundo, esses computadores poderão ser aproveitados indiretamente por cientistas de qualquer país que consigam treinar um modelo substituto com dados previamente coletados, eliminando a dependência de hardware exclusivo.