Análise Comparativa de Técnicas de Mitigação de Erros em Processos de Computação Quântica

Abstract

A computação clássica vem chegando cada vez mais próximo dos limites da Lei de Moore, existem problemas complexos que são completamente inviáveis de serem solucionados por computadores clássicos. O paradigma de computação quântica tem a capacidade computacional necessária para resolver alguns problemas de forma muito mais eficiente, entretanto, sistemas quânticos ainda são extremamente instáveis e são muito difíceis de controlar adequadamente. Por esse motivo, existe uma grande demanda pelo desenvolvimento de técnicas para caracterizar e mitigar erros que atrapalham o uso da computação quântica. Este trabalho tem como objetivo implementar técnicas para mitigar os erros de decoerência de sistemas quânticos em aplicações práticas. Para isso, a área de controle quântico em computadores quânticos de supercondutores será investigada com o intuito de utilizar técnicas que calibram o hardware quântico e controlam a computação por meio de portas lógicas quânticas descritas na forma de pulsos de micro-ondas. As aplicações práticas consideram a implementação de um autômato finito quântico MO1QFA para resolver o problema do módulo, onde são realizados diversos experimentos com diferentes implementações de portas lógicas em que a robustez a diferentes erros é avaliada. A IBM Quantum Experience e o kit de desenvolvimento de software Qiskit são utilizados como ambientes de modelagem de sistemas quânticos e aplicação em máquinas reais. Em complemento ao Qiskit, as ferramentas oferecidas pelo Q-CTRL Boulder Opal são utilizadas para automatizar os processos de otimização do hardware quântico. Além da investigação das otimizações, espera-se que este trabalho sirva de referência para estudantes de Ciências Exatas que estejam interessados em estudar controle quântico em computadores quânticos de supercondutores, fornecendo o conteúdo teórico e prático necessário para que seja possível realizar otimizações em seus experimentos.