Dissertação de Mestrado #713 – Warley Marcos Santos Alves – 01/12/2023

O desenvolvimento de tecnologias quânticas de segunda geração (sensores quânticos, computadores quânticos e internet quântica) vem sendo realizado por grandes empresas e tem recebido investimentos estatais da ordem de bilhões de dólares em vários países. Dentre essas tecnologias, o computador quântico ganhou um destaque maior na mídia por sua promessa de resolver problemas de forma muito mais rápida e eficiente que computadores clássicos, o que poderia produzir inúmeros avanços científicos com impactos na sociedade e na indústria. Nos últimos anos, empresas como IBM, Google, Microsoft, entre outras, apresentaram grandes progressos na construção dos primeiros protótipos de hardware e software quânticos. No entanto, esses protótipos são dispositivos que operam com poucos qubits e são bastante afetados por ruído, o que ainda os impedem de realizar computação realmente útil. Em particular, a IBM tem disponibilizado o acesso remoto a algumas de suas máquinas para o público geral, além de acesso especial a pesquisadores selecionados no seu programa de pesquisadores. Usando esse recurso, neste trabalho nós estudamos um método para reconstrução de estados puros de um sistema de múltiplos qubits em um computador quântico. No contexto da computação quântica, esta é uma ferramenta muito útil, por exemplo, para determinar estados de entrada ou de saída de um dado algoritmo, ou para a caracterização das operações lógicas que constituem o algoritmo. O método que estudamos é conhecido como pticografia quântica, onde um estado puro é submetido a um conjunto de projeções com algum grau de interseção entre si, seguidas de uma medição projetiva em uma única base ortonormal. Os resultados gerados no processo servem como entrada para um algoritmo iterativo que estima o estado. O nosso estudo se dividiu entre simulações e experimentos. As simulações foram realizadas em cenários ideais sem ruído e cenários mais realísticos com ruído, onde o método foi demonstrado com êxito para uma variedade de estados de até 6 qubits. Nos experimentos, obtivemos bons resultados para a reconstrução de estados de até 4 qubits; os resultados para um número maior foram fortemente afetados pelo ruído nos dispositivos. As vantagens e limitações do método pticográfico são discutidas em comparação com outros métodos de reconstrução de estados. Além de demonstrar a pticografia quântica em um computador quântico nós também obtivemos alguns avanços para o método. O primeiro foi uma modificação no algoritmo iterativo de reconstrução, que melhora a sua convergência e, consequentemente, a estimativa do estado. O segundo foi a utilização de bases de medição que são menos afetadas por ruído em computador quântico. Este segundo avanço ainda é parte de um estudo preliminar mas aponta caminhos promissores para investigações futuras.

Tópico: Defesa de Dissertação – Warley Marcos Santos Alves
Horário: 1 dez. 2023 09:00 da manhã São Paulo

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