O método desenvolvido na Universidade de Innsbruck produz circuitos quânticos baseados nas especificações do usuário e adaptados aos recursos do hardware quântico no qual o circuito será executado. Crédito: Universidade de Innsbruck/Harald Ritsch
Os pesquisadores desenvolveram um aprendizado de máquina modelo que gera circuitos quânticos a partir de descrições de texto, semelhante a como modelos como Stable Diffusion criam imagens. Este método melhora a eficiência e adaptabilidade do Computação quântica.
Um dos desenvolvimentos recentes mais importantes em Aprendizado de Máquina (ML) são os modelos generativos, como os modelos de difusão. Esses incluem Difusão Estável e Dê a ela, que estão revolucionando o campo da geração de imagens. Esses modelos são capazes de produzir imagens de alta qualidade com base em descrições de texto.
“Nosso novo modelo de programação de computadores quânticos faz o mesmo, mas, em vez de gerar imagens, gera circuitos quânticos baseados na descrição textual da operação quântica a ser realizada”, explica Gorka Muñoz-Gil, do Departamento de Física Teórica da Universidade. de Innsbruck, Áustria.
Desafios da computação quântica
Para preparar um determinado estado quântico ou executar um algoritmo em um computador quântico, é necessário encontrar a sequência apropriada de portas quânticas para realizar tais operações. Embora isto seja bastante fácil na computação clássica, é um grande desafio na computação quântica, devido às particularidades do mundo quântico. Recentemente, muitos cientistas propuseram métodos para construir circuitos quânticos com muitos métodos confiáveis de aprendizado de máquina. No entanto, o treinamento desses modelos de ML costuma ser muito difícil devido à necessidade de simular circuitos quânticos à medida que a máquina aprende. Os modelos de difusão evitam tais problemas devido à forma como são treinados.
“Isso proporciona uma vantagem tremenda”, explica Gorka Muñoz-Gil, que desenvolveu o novo método junto com Hans J. Briegel e Florian Fürrutter. “Além disso, mostramos que os modelos de difusão com remoção de ruído são precisos em sua geração e também muito flexíveis, permitindo gerar circuitos com diferentes números de qubits, bem como tipos e números de portas quânticas.”
Os modelos também podem ser adaptados para preparar circuitos que levem em consideração a conectividade do hardware quântico, ou seja, como os qubits estão conectados no computador quântico.
“Como produzir novos circuitos é muito barato depois que o modelo é treinado, pode-se usá-lo para descobrir novos insights sobre operações quânticas de interesse”, Gorka Muñoz-Gil cita outro potencial do novo método.
Geração de Circuito Quântico
O método desenvolvido na Universidade de Innsbruck produz circuitos quânticos baseados nas especificações do usuário e adaptados aos recursos do hardware quântico no qual o circuito será executado. Isso marca um passo significativo no desenvolvimento de toda a extensão da computação quântica. O trabalho já foi publicado em Inteligência da Máquina da Natureza e foi apoiado financeiramente pelo Fundo Austríaco para a Ciência FWF e pela União Europeia, entre outros.
Referência: “Síntese de circuito quântico com modelos de difusão” por Florian Fürrutter, Gorka Muñoz-Gil e Hans J. Briegel, 20 de maio de 2024, Inteligência da Máquina da Natureza.
DOI: 10.1038/s42256-024-00831-9
