QUERO-QUERO CIÊNCIA. Computação Quântica: Simulação de Passeios Quânticos com Computação de Alto Desempenho Heterogênea

A computação quântica é uma área de pesquisa promissora que tem o potencial de revolucionar muitos aspectos da ciência e da tecnologia.

É um campo multidisciplinar que promete abrir novas fronteiras no campo da ciência, possibilitando avanços significativos em muitas áreas diferentes e fornecendo novas ferramentas para abordar problemas complexos que desafiam a computação clássica.

A capacidade de simular sistemas quânticos complexos permitirá avanços significativos, por exemplo, na modelagem de reações químicas, descoberta de novos materiais e medicamentos, dentre outros, como potencialmente acelerar o treinamento de modelos de inteligência artificial e melhorar a eficiência de algoritmos de aprendizado de máquina.

No Laboratório Nacional de Computação Científica, o doutorando do Programa de Pós-graduação em Modelagem Computacional, Gustavo Alves Bezerra, orientado pelo pesquisador Renato Portugal, coordenador do Grupo de Pesquisa de Computação Quântica, realiza um estudo denominado Hiperwalk: Simulação de Passeios Quânticos com Computação de Alto Desempenho Heterogênea.

A equipe do Serviço de Comunicação Institucional conversou com o Gustavo Bezerra para conhecer mais o estudo.

Vem com a gente! 

Objetivo e Importância da Pesquisa

O projeto Hiperwalk tem como objetivo facilitar o entendimento e a pesquisa na área de passeios quânticos. Trata-se de uma biblioteca Python que simula passeios quânticos em um computador clássico, delegando os cálculos mais pesados para a biblioteca Neblina. A Neblina, por sua vez, utiliza computação de alto desempenho (HPC), empregando as plataformas ou linguagens de HPC disponíveis no computador, como CUDA ou OpenCL.

O Hiperwalk é direcionado a pesquisadores e alunos de diversas formações, como computação, física e matemática. Ao utilizar o Hiperwalk, os usuários podem simular passeios quânticos focando apenas nos detalhes específicos desses passeios, sem se preocupar com os detalhes de HPC, que geralmente demandam muito tempo e conhecimento especializado.

É fundamental destacar a importância de estudos sobre passeios quânticos, já que qualquer algoritmo quântico pode ser interpretado como um passeio quântico.

Desafios Encontrados no Estudo

Existem dois tipos de desafios principais e contínuos: os desafios relacionados à modelagem de passeios quânticos e os desafios de HPC.

Os desafios de modelagem consistem na descrição dos diversos tipos de passeios quânticos em Python. Essa modelagem deve ser o mais intuitiva possível, tornando o Hiperwalk acessível para os usuários menos familiarizados com a área de computação ou com pouca experiência em programação. Em outras palavras, buscamos garantir que a curva de aprendizagem para a utilização do Hiperwalk seja a menor possível.

Dessa forma, os usuários podem focar mais na teoria de passeios quânticos e menos nos detalhes de implementação do Hiperwalk, podendo obter bons resultados em pouco tempo.

Quanto aos desafios de HPC, buscamos garantir que o Hiperwalk tenha um bom desempenho computacional, comparável ou até superior a outras bibliotecas Python já estabelecidas, independentemente do código ser executado em GPU ou CPU.

Benefícios para a sociedade

Os benefícios para a sociedade só serão percebidos a longo prazo. O benefício imediato é principalmente o aprimoramento da compreensão de passeios quânticos, o que pode gerar novas ideias para o desenvolvimento de novos algoritmos quânticos. Já que, como mencionado anteriormente, qualquer algoritmo quântico pode ser interpretado como um passeio quântico.

Somente num futuro com computadores quânticos mais avançados do que os atuais é que os impactos para a sociedade ficarão mais evidentes. Já que será possível implementar e executar esses novos algoritmos nos computadores quânticos.

No geral, a expectativa é que os algoritmos quânticos sejam mais rápidos que os algoritmos clássicos atuais. Mas teremos que esperar o futuro para ter uma noção mais concreta dos impactos na sociedade.

Para saber mais, acesse a palestra realizado no Seminário PROEX no LNCC: https://www.youtube.com/live/_mf5E0ZY454?si=oF7FWEw8GHUWlmiw

Créditos

Anmily Paula Martins (SECIN-LNCC), Graziele Soares (SECIN-LNCC), Gustavo Alves Bezerra (PPG-LNCC) e Tathiana Tapajóz (SECIN-LNCC)

O Quero-Quero Ciência é um ciclo de entrevistas que faz parte das ações de divulgação científica do LNCC

Curiosidade: O pássaro Quero-Quero , ave da família dos Charadriidae, tem os gramados do campus do LNCC como habitat natural

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