A interferência quântica, uma nova dimensão no processamento de dados

Tecnologia quântica.

Uma equipe internacional de cientistas encontrou o Santo Graal da ciência da computação ao descobrir que a interferência quântica permite o processamento de grandes conjuntos de dados de forma mais rápida e exata do que com os métodos padrões.

Essas descobertas, publicadas na revista Science Advances, podem impulsionar aplicações de tecnologias quânticas, como, por exemplo, inteligência artificial, robótica e diagnósticos médicos.

A ciência contemporânea, a medicina, a engenharia e a tecnologia da informação exigem um processamento de dados eficiente: imagens estáticas, sinais de som e rádio, bem como a informação proveniente de diferentes sensores e câmeras.

Desde os anos 70, isso tem sido conseguido com o algoritmo de Transformada Rápida de Fourier (FFT, por suas siglas em inglês), que permite comprimir e transmitir dados de maneira eficiente, armazenar imagens, transmitir televisão digital e falar em telefones celulares. Sem esse algoritmo, sistemas de imagens médicas baseados em ressonância magnética ou ultrassom não teriam sido desenvolvidos. No entanto, ainda é muito lento para muitas aplicações exigentes.

Para atingir esse objetivo, os cientistas vêm tentando durante anos tirar proveito da mecânica quântica. Isso deu lugar ao desenvolvimento de uma contraparte quântica da FFT, a Transformada de Fourier Quântica (QFT), que pode ser utilizada com um computador quântico. Como o computador quântico processa simultaneamente todos os valores possíveis (denominados “superposições”) dos dados de entrada, o número de operações diminui consideravelmente.

Apesar do rápido desenvolvimento da computação quântica, há uma relativa estagnação no campo dos algoritmos quânticos. Agora, os cientistas mostraram que esse resultado pode ser melhorado e de uma maneira bastante surpreendente.

A matemática descreve muitas transformações. Uma delas é a transformada de Kravchuk, muito semelhante à FFT, que permite o processamento de dados discretos, mas utiliza as funções de Kravchuk para decompor a sequência de entrada no espectro.

No final dos anos 90, a transformação de Kravchuk foi redescoberta na ciência da computação. Ela acabou sendo excelente para processamento de imagens e som. Ela permitiu que os cientistas desenvolvessem algoritmos novos e muito mais precisos para o reconhecimento de textos impressos e manuscritos (mesmo na lingua chinesa), gestos, linguagem de sinais, pessoas e rostos.

Há 12 anos, foi demonstrado que essa transformação é ideal para processar dados distorcidos e de baixa qualidade e, portanto, poderia ser usada para visão computacional em robótica e veículos autônomos. Não há um algoritmo rápido para calcular essa transformação.

Em seu artigo, cientistas da Universidade de Varsóvia, da Universidade de Oxford e da agência NIST mostraram que a porta quântica mais simples, que infere em dois estados quânticos, calcula essencialmente a transformada de Kravchuk. A referida porta pode ser dispositivo óptico bem conhecido, um divisor de feixe, que divide os fótons entre duas saídas.

Santo Graal da Ciência da Computação

Mais importante ainda, de acordo com um comunicado da Universidade de Varsóvia, tal cálculo da transformada de Kravchuk quântica sempre leva o mesmo tempo, independente do tamanho do conjunto de dados de entrada. É o Santo Graal da ciência da computação: um algoritmo que consiste em uma única operação, implementada com uma única porta.

O resultado obtido encontrará aplicações no desenvolvimento de novas tecnologias quânticas e algoritmos quânticos. Sua gama de usos vai além da fotônica quântica, já que uma interferência quântica similar pode ser observada em muitos sistemas quânticos diferentes.

A Universidade de Varsóvia solicitou uma patente internacional para essa inovação. Os cientistas esperam que a transformada de Kravchuk seja útil em breve na computação quântica, onde se tornará um componente de novos algoritmos, especialmente em computadores híbridos quânticos-clássicos que combinam circuitos quânticos com projetos digitais “normais”.

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