Processador de 256 qubits da Pasqal encontra em ímã quântico uma desaceleração que a teoria não previu

A Pasqal diz que seu processador de átomos neutros de 256 qubits revelou em um ímã quântico bidimensional um comportamento que a teoria atual não previa. Em um preprint divulgado com o Center for Computational Quantum Physics do Flatiron Institute, a Universidade de Augsburg, o Forschungszentrum Jülich, a Universidade de Regensburg e o Institut d'Optique–CNRS, a equipe relata que, sob certas condições, o ímã leva muito mais tempo do que o esperado para se estabilizar após uma perturbação repentina, em um regime em que os principais métodos de simulação clássica deixam de concordar entre si.

O que foi anunciado

A Pasqal anunciou o resultado em 27 de outubro e publicou no arXiv o artigo Exploring the Relaxation Landscape of a 2D Quantum Magnet on a 256-Qubit Processor. A empresa o apresenta como uma mudança: de usar processadores quânticos para reproduzir física conhecida para usá-los na descoberta de comportamentos que os pesquisadores não anteciparam. O trabalho se baseia em um estudo anterior no qual a mesma máquina reproduziu o comportamento de um cristal magnético real.

Os detalhes técnicos

O experimento organizou 256 átomos de rubídio-87 em uma matriz quadrada de 16×16 e usou o estado fundamental e um estado de Rydberg de cada átomo como qubit. O sistema simulou o modelo de Ising bidimensional com campo transversal, um modelo de referência do magnetismo. Partindo de um estado totalmente polarizado, os pesquisadores mudaram bruscamente o hamiltoniano, o chamado "quench", e observaram como as correlações relaxavam para diferentes razões entre o campo transversal e a intensidade da interação.

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Eles encontraram três regimes. Perto da transição de fase dinâmica, em torno de uma razão de 2,5, o sistema termalizou rapidamente. Com um campo forte de 6,0, ele se acomodou em um platô pré-térmico de longa duração descrito por um modelo efetivo do tipo XY. Em um valor intermediário de 3,5, a relaxação desacelerou de forma marcante, com as correlações permanecendo longe de seus valores térmicos muito além da escala de tempo habitual. Os autores escrevem que ainda não têm uma explicação clara para essa desaceleração.

Para checar os dados, a equipe os comparou com três métodos de redes tensoriais: redes tensoriais bidimensionais, estados de produto de matrizes e redes tensoriais em árvore. Os três acompanharam o processador nos instantes iniciais e depois se afastaram das medições e uns dos outros em tempos posteriores. Os resultados do processador permaneceram consistentes à medida que o tamanho do sistema crescia. Modelagem de ruído, correção de erros de medição e simulações exatas em redes de 5×5 sustentaram a conclusão de que a desaceleração reflete física de muitos corpos, e não um artefato do hardware.

Por que isso importa

Como sistemas quânticos interagentes relaxam longe do equilíbrio em duas dimensões é um problema aberto e difícil, e é o tipo de questão em que se espera que simuladores quânticos analógicos sejam úteis. A Pasqal e seus parceiros dizem explicitamente que o trabalho não demonstra vantagem quântica computacional. Em vez disso, apresentam-no como evidência de que esses processadores podem servir como ferramentas científicas complementares onde a teoria e a simulação numérica clássica enfrentam dificuldades.

"Não estamos simplesmente reproduzindo o que já sabemos, mas descobrindo comportamentos que não esperávamos", disse Loïc Henriet, CTO da Pasqal.

O que observar

O artigo é um preprint, então a revisão por pares e as tentativas de outros grupos, experimentais e clássicos, de explicar a desaceleração são os próximos passos. Os autores apresentam as matrizes de átomos de Rydberg como uma plataforma-chave para as questões em aberto que identificam e dizem que as melhorias em andamento nos tempos de coerência abrem caminho para análises sistemáticas de escalonamento de tamanho finito e tempo finito.