Pós-Graduação em Ciência da Computação – UFPE
Defesa de Tese de Doutorado Nº 570

Aluno: Israel Ferraz de Araujo
Orientador: Prof. Adenilton José da Silva
Coorientadora: Profa.Teresa Bernarda Ludermir
Título: Otimização de Circuitos para a Inicialização de Estados Quânticos
Data: 01/09/2022
Hora/Local: 9h – Virtual
Banca Examinadora:
Prof. Stefan Michael Blawid (UFPE / Centro de Informática)
Prof. Antônio Murilo Santos Macedo (UFPE / Departamento de Física)
Prof. Leon Denis da Silva (UFRPE / Departamento de Matemática)
Prof. Wilson Rosa de Oliveira (UFRPE / Depto. de Estatística e Informática)
Profa. Samuraí Gomes de Aguiar Brito (Itaú-Unibanco / Itaú Quantum Technologies)


RESUMO:

A teoria dos algoritmos quânticos promete benefícios sem precedentes ao 
utilizar as leis da mecânica quântica para resolver certos problemas 
computacionais. Entretanto, alguns desafios impedem que tais vantagens se 
apliquem a todos os algoritmos quânticos. Entre esses desafios está o 
desenvolvimento de uma codificação eficiente de dados clássicos em um 
estado quântico. Em aplicações práticas, o custo para carregar a informação 
clássica em um dispositivo quântico pode dominar o custo computacional 
assintótico do algoritmo. Foram propostos diversos métodos baseados em 
circuitos para codificar dados clássicos nas amplitudes de probabilidade de 
um estado quântico. Entretanto, esses métodos produzem circuitos com 
complexidade que cresce linearmente com o tamanho do dado, anulando o 
benefício da aplicação quântica. O objetivo principal deste trabalho é 
reduzir a complexidade computacional dos circuitos para a inicialização de 
estados quânticos. As duas estratégias utilizadas para alcançar tal 
objetivo exploram a troca de complexidade temporal por espacial ou a 
transferência de complexidade computacional para um computador clássico. A 
primeira estratégia reinterpreta métodos algébricos para a decomposição de 
estados quânticos como caminhadas ao longo de árvores binárias. A segunda 
investiga o grau de emaranhamento de bipartições do estado quântico através 
da decomposição de Schmidt. Os métodos baseados em árvore alcançam uma 
redução exponencial na profundidade dos circuitos, em comparação às 
abordagens existentes. Os baseados na decomposição de Schmidt produzem 
circuitos de complexidade variável, proporcional ao emaranhamento do 
estado. A perspectiva é que o resultado desta tese auxilie os profissionais 
da computação quântica durante a era dos dispositivos ruidosos de escala 
intermediária.

Palavras-chave: computação quântica, preparação de estados, otimização de 
circuitos, estados aproximados.

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