Ciência e Tecnologia

Computação Quântica: uma nova ferramenta para estudar as partículas elementares

Investigadores do Técnico lideram projeto europeu pioneiro.

Será o estudo das partículas elementares que constituem o Universo a nova fronteira da computação quântica? Na comunidade científica que investiga esta área, acredita-se que sim.

Para estudar os segredos da natureza ao nível mais fundamental, os cientistas fazem colidir partículas sub-atómicas, como os protões ou os eletrões. Cada colisão gera milhares de novas partículas, cuja trajectória é medida por sensores em torno do ponto da colisão. Identificar estas partículas é um enorme desafio de análise de dados, que até os actuais supercomputadores têm dificuldade em resolver. E mesmo as simulações das colisões, realizadas antes da experiência ter lugar, são um desafio computacional extremamente exigente. Com efeito, estes desafios sem precedentes, levaram ao desenvolvimento de novas formas de computação a partir do CERN, como o grid computing, uma gigantesca rede mundial de centros de cálculo para tratar e armazenar de forma distribuída vastas quantidades de dados

No entanto, os computadores clássicos já estão a atingir o seu limite de capacidade para estes estudos das partículas elementares. E com o futuro upgrade do acelerador do CERN para energias mais elevadas nos próximos anos, estes problemas tenderão a tornar-se intratáveis com computadores clássicos.

Mas pode haver uma solução disruptiva para estes problemas: a computação quântica. Esta nova forma de computação, ainda incipiente, explora as leis da Física Quântica, para processar um novo tipo de bits, os qubits ou bits quânticos, que podem estar no estado zero e um ao mesmo tempo. Esta propriedade surpreendente e contra-intuitiva abre a porta a resolver problemas computacionais extremamente complexos de forma muito mais rápida. Problemas que um computador clássico demoraria muitos milhões de anos a resolver poderão ser resolvidos em segundos num computador quântico. Neste momento, há uma corrida internacional para o desenvolvimento do primeiro processador quântico mais rápido do que os melhores super-computadores clássicos.

O Instituto Superior Técnico lidera um novo projecto europeu que pretende investigar o potencial da computação quântica para simular e analisar as experiências de colisões de partículas do CERN. O projecto QuantHEP – Quantum Computing Solutions for High-Energy Physics foi um dos 12 projetos que ganhou no recente concurso europeu QuantERA, de entre 85 projectos concorrentes.

O projecto é liderado pelo investigador Yasser Omar, especialista em computação quântica, professor do Departamento de Matemática do Instituto Superior Técnico, e coordenador do Grupo de Física da Informação e Tecnologias Quânticas do Instituto de Telecomunicações, em Lisboa. A componente de Física das partículas elementares é coordenada pelo professor João Seixas do Departamento de Física do Instituto Superior Técnico e presidente do CeFEMA, especialista na área com vasta experiência quer no domínio teórico, quer experimental. O projeto, de mais de 600 mil euros, envolve ainda o professor Simone Montangero da Universidade de Pádua, investigador do INFN – Instituto Nacional Italiano de Física Nuclear e um dos pioneiros em simulação quântica, e ainda o professor  Andris Ambainis, da Universidade da Letónia, um dos líderes mundiais na investigação em algoritmia quântica.

O doutor Markus Hoffmann, director do grupo de parcerias em computação quântica da Google na Europa e na Ásia, afirmou: “Estamos ansiosos por apoiar esta excelente equipa de investigadores europeus de topo que levará a computação quântica para um dos lares da ciência quântica”.

O professor Yasser Omar, coordenador do QuantHEP, revelou: “Este é um projecto fascinante! Tinha-me prometido a mim próprio que não iria coordenar mais projectos, mas esta ideia foi simplesmente irresistível. É o sétimo projecto europeu que o nosso Grupo ganhou nos últimos sete anos, e vem consolidar a posição de liderança nacional, e de destaque internacional, que o Técnico e o Instituto de Telecomunicações têm no domínio emergente das tecnologias quânticas”.