Tecnologia Quântica: Uma Abordagem de Algoritmos Quânticos Variacionais para Problemas de Engenharia

O tema de estudo deste projeto é sobre os Algoritmos Quânticos Variacionais, em particular, o Algoritmo Quântico de Otimização Aproximada (Quantum Approximate Optimization Algorithm-QAOA) com ênfase em aplicações práticas em engenharia. Esse algoritmo híbrido (quântico e clássico) vem chamando atenção pela sua simplicidade, aplicabilidade e possibilidade de implementação em chips quânticos atuais, conhecidos como chips da era NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum), termo usado para especificar processadores que possuem da ordem de algumas centenas de qubits e sem correção de erros. Neste projeto vamos nos concentrar em uma classe de problemas de grafos voltado para redes de comunicação e clusterização de dados. Como exemplo, temos o problema Corte-Máximo (Max-Cut) em grafos. O Max-Cut possui interesse prático em vários domínios, na clusterização de dados, redes de comunicação, Engenharia e Física. Portanto, o ponto central deste projeto consiste em estudar a aplicabilidade/desempenho do QAOA em problemas tipo Max-Cut na engenharia via fake-devices (simulações locais) e plataformas de computação quântica gratuitas. Nosso objetivo será na caracterização deste algoritmo híbrido, referente aos vários aspectos práticos e metodológicos, além de analisar sua precisão em hardwares quântico disponíveis gratuitamente. Quanto a sua implementação, avaliaremos a aplicabilidade do framework Qiskit, específico da IBM Quantum. E por último, analisaremos a performance do QAOA na solução de problemas de otimização de redes de comunicação.