Número de factores do computador quântico, poderiam ser ampliados

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Quais são os factores primos, ou multiplicadores, para o número 15? A maioria dos estudantes de escola primária sabe a resposta — 3 e 5 — pela memória. Um número maior, como 91, pode levar a ter de utilizar um papel e uma caneta. Um número ainda maior, por exemplo com 232 dígitos, pode (e tem) levado dois anos para os cientistas determinarem os factores, utilizando centenas de computadores clássicos, operando em paralelo.

Porque um grande número de factoring é tão diabolicamente difícil, este problema de"factoring" é a base para muitos esquemas de criptografia para proteger segredos de estado, cartões de crédito e outros dados confidenciais. Acredita-se que um computador quântico único pode facilmente crack este problema, usando centenas de átomos, essencialmente, em paralelo, para rapidamente um grande número de fator.

Em 1994, Peter Shor, o Professor de Morss de matemática aplicada no MIT, inventou um algoritmo quântico que calcula os fatores primos de um número grande, vastamente mais eficientemente do que um computador clássico. No entanto, o sucesso do algoritmo depende um computador com um grande número de bits quânticos. Enquanto outros têm tentado implementar o algoritmo de Shor em vários sistemas quânticos, nenhum foi capaz de fazê-lo com mais alguns bits quânticos, de forma escalável.

Agora, em um artigo publicado hoje na revista Science, pesquisadores do MIT e a Universidade de Innsbruck, no relatório de Áustria que têm projetado e construído um computador quântico de cinco átomos em uma armadilha do íon. O computador usa pulsos de laser para realizar o algoritmo de Shor em cada átomo, o fator corretamente o número 15. O sistema é projetado de tal forma que mais átomos e lasers podem ser adicionados para construir um computador quântico maior e mais rápido, capaz de fatorar números muito maiores. Os resultados, dizem, representam a primeira implementação escalável do algoritmo de Shor.

Em computação clássica, os números são representados por 0s ou 1s e cálculos são efectuados de acordo com "instruções," de um algoritmo que manipulam os 0s e 1s para transformar uma entrada para uma saída. Em contraste, computação quântica baseia-se na escala atómica unidades, ou "qubits", que pode ser simultaneamente 0 e 1 — um estado conhecido como uma superposição. Neste estado, um único qubit pode executar essencialmente dois fluxos separados de cálculos em paralelo, fazendo com que cálculos muito mais eficiente do que um computador clássico.

Em 2001, Chuang, um pioneiro no campo da computação quântica, projetou um computador quântico com base em uma molécula que poderia ser realizada em superposição e manipulada com ressonância nuclear magnética para fatorar o número 15. Os resultados, que foram publicados na natureza, representaram a primeira realização experimental do algoritmo de Shor. Mas o sistema não era escalável; tornou-se mais difícil controlar o sistema como mais átomos foram adicionados.

Chuang e seus colegas agora vieram acima com um sistema de novo, escalável quântico para fatorar números com eficiência. Enquanto que normalmente demora cerca de 12 qubits para fatorar o número 15, encontraram uma maneira de rapar o sistema até cinco qubits, cada um representado por um único átomo. Cada átomo pode ser realizado em uma superposição de dois Estados de energia diferentes simultaneamente. Os pesquisadores usam pulsos de laser para realizar "portas lógicas" ou componentes do algoritmo de Shor, em quatro dos cinco átomos. Os resultados são então armazenados, encaminhados, extraídos e reciclados através do quinto átomo, assim efectuar o algoritmo de Shor, em paralelo, com qubits menos do que é normalmente exigido.

A equipe foi capaz de manter o sistema quântico estável, mantendo os átomos em um íon trap, onde removeram um elétron de cada átomo, desse modo a carregá-lo. Eles então realizaram cada átomo no lugar com um campo elétrico.

Equipe do Chuang primeiro trabalhou o design de quântica em princípio. Seus colegas na Universidade de Innsbruck, em seguida, construiu um aparato experimental, com base na sua metodologia. Dirigiram o sistema quântico para fatorar o número 15 — o menor número que pode significativamente demonstram algoritmo de Shor. Sem qualquer conhecimento prévio das respostas, o sistema retornou os fatores corretos, com uma confiança superior a 99 por cento.

[PHYS.org]

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