Um artigo publicado recentemente na revista Science relata que um problema da física quântica considerado impossível pode ser resolvido sem a necessidade de um computador quântico. A descoberta foi feita por pesquisadores do Centro de Física Quântica Computacional (CCQ), do Instituto Flatiron, em colaboração com cientistas da Universidade de Boston, ambos nos EUA.
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Segundo o estudo, técnicas matemáticas avançadas e algoritmos modernos podem permitir que computadores tradicionais enfrentem desafios que muitos acreditavam estar reservados exclusivamente às máquinas quânticas. Em alguns casos, os cálculos chegaram a ser realizados em um simples laptop.
Em resumo:
- Problema quântico considerado impossível foi resolvido sem computador quântico;
- Pesquisadores simularam centenas de qubits usando algoritmos avançados;
- Redes tensoriais comprimiram enormes volumes de dados quânticos;
- Simulações reproduziram resultados obtidos anteriormente por computadores quânticos;
- Método pode ampliar estudos de materiais avançados em computadores comuns.
Sistemas quânticos são difíceis de reproduzir em computadores comuns
A pesquisa se concentrou na simulação de sistemas compostos por centenas de qubits, as unidades básicas da computação quântica. Diferentemente dos bits usados nos computadores convencionais, que assumem apenas os valores 0 ou 1, os qubits podem existir em múltiplos estados ao mesmo tempo graças a um fenômeno conhecido como superposição.
Essa característica torna os sistemas quânticos extremamente difíceis de reproduzir em computadores comuns. Quanto maior o número de qubits envolvidos, mais complexos se tornam os cálculos necessários para descrever seu comportamento.
O trabalho surgiu após um estudo publicado em março de 2025, também na revista Science, por meio do qual pesquisadores da área de computação quântica afirmaram ter resolvido a dinâmica de um sistema altamente complexo utilizando um computador quântico e sugeriram que computadores clássicos não seriam capazes de repetir o feito.
A afirmação despertou o interesse da equipe do CCQ. Em um comunicado, o pesquisador Joseph Tindall, principal autor do novo estudo, explica que os cientistas decidiram testar se realmente não havia uma alternativa baseada em computação tradicional.
Segundo Tindall, o desafio era enorme por causa do chamado emaranhamento quântico. Nesse fenômeno, partículas podem permanecer conectadas de forma que o estado de uma afete a outra, mesmo quando estão separadas por grandes distâncias. Isso impede que cada qubit seja analisado isoladamente.
Para descrever um sistema desse tipo, os físicos utilizam uma estrutura matemática chamada função de onda. Ela reúne todas as informações sobre o estado quântico do sistema. O problema é que essa função cresce rapidamente à medida que mais partículas são adicionadas.
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Em pouco tempo, a quantidade de dados necessária para armazenar a função de onda se torna gigantesca. Em muitos casos, seria impossível guardar todas essas informações diretamente na memória de um computador comum.
Pesquisadores recorreram à rede tensorial
Para superar essa limitação, os pesquisadores recorreram a uma técnica conhecida como rede tensorial. Tindall compara a ferramenta a um arquivo compactado, semelhante a um arquivo ZIP, capaz de condensar enormes quantidades de informação em uma estrutura matemática muito mais eficiente.
Com essa abordagem, foi possível reduzir drasticamente os recursos computacionais necessários para realizar as simulações. Parte dos cálculos iniciais foi executada em um laptop utilizando o software ITensor, uma biblioteca desenvolvida pelo próprio CCQ para trabalhar com redes tensoriais de alto desempenho.
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Além disso, os cientistas empregaram um método chamado propagação de crença, criado nos anos 1980 e recentemente adaptado para aplicações quânticas. Embora produza resultados um pouco mais aproximados do que algumas técnicas modernas, ele exige muito menos poder computacional.
Segundo os autores, essa combinação de ferramentas permitiu analisar sistemas tridimensionais extremamente complexos, algo que muitos métodos tradicionais sequer conseguiriam iniciar devido ao tamanho do problema.
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Mesmo utilizando equipamentos relativamente modestos, as simulações alcançaram um nível de precisão comparável ao das melhores técnicas disponíveis atualmente. Os resultados coincidiram com previsões teóricas e também reproduziram os números obtidos anteriormente pelos pesquisadores que utilizaram computadores quânticos.
A descoberta não significa que os computadores quânticos perderam sua importância. Pelo contrário. Os autores destacam que existe uma forte troca de conhecimento entre as áreas de computação clássica e quântica, com avanços de um lado frequentemente inspirando soluções do outro.
Agora, a equipe pretende aplicar essas técnicas em problemas ainda mais difíceis. O próximo objetivo é estudar sistemas envolvendo elétrons em movimento, uma tarefa diretamente ligada à compreensão de materiais quânticos avançados, como supercondutores e outros materiais de interesse tecnológico.
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Se os resultados continuarem positivos, a pesquisa poderá ampliar significativamente a capacidade dos computadores convencionais de investigar fenômenos quânticos complexos, reduzindo a dependência de máquinas quânticas para determinados tipos de simulação científica.
