Aluno da Coppe Recebe Prêmio por estudo sobre algoritmo de otimização

Guilherme Adamatti Bridi, aluno do Programa de Engenharia de Sistemas e Computação (Pesc) da Coppe/UFRJ, recebeu a Menção Honrosa do Prêmio Clóvis Caesar Gonzaga, concedido pela Sociedade Brasileira de Matemática Aplicada e Computacional (SBMAC). A premiação reconhece seu trabalho na dissertação de mestrado, finalizada este ano, que analisa o potencial de um algoritmo para otimizar processos computacionais. Ele foi orientado pelo professor do Pesc/Coppe Franklin Marquezino.

Guilherme, que iniciou o doutorado recentemente, investigou teoricamente um algoritmo que calcula diversas variações de dados para tornar processos mais eficientes. Esses processos podem incluir desde a otimização de rotas de entrega e o planejamento de horários de voo até o design de circuitos eletrônicos e a análise de estruturas moleculares.

O estudo, intitulado A Statistical Approach to Analyzing the Quantum Alternating Operator Ansatz with Grover Mixer, se concentra no QAOA (Quantum Alternating Operator Ansatz), um algoritmo quântico variacional promissor para otimização combinatória. Esta área da matemática lida com problemas de otimização em conjuntos finitos.

Guilherme explica que muitos problemas práticos, como a rota mais eficiente para um caixeiro viajante, são complexos e difíceis de resolver rapidamente. Algoritmos como o QAOA buscam soluções aproximadas que são viáveis para aplicações práticas, apesar de serem complexos e com maior conhecimento baseado em experimentos.

O estudo avalia como o QAOA pode ser utilizado na computação quântica para resolver tarefas complexas que computadores tradicionais não conseguem resolver em um tempo razoável. No entanto, a computação quântica ainda enfrenta limitações devido à capacidade de memória reduzida e ao número restrito de instruções possíveis nos dispositivos atuais.

Para superar essas limitações, surgiram os Algoritmos Quânticos Variacionais (VQAs), que combinam técnicas quânticas e clássicas. O QAOA é um desses algoritmos e visa melhorar o desempenho de computação quântica ao combinar cálculos quânticos com estratégias de otimização clássica.

Guilherme investigou as variantes do QAOA usando um operador matemático chamado Grover mixer, que está associado ao algoritmo de Grover, conhecido por sua capacidade de buscar elementos em uma base de dados mais rapidamente que métodos clássicos. Enquanto o algoritmo clássico pode precisar de muitas buscas, o algoritmo de Grover reduz esse número significativamente, da ordem da raiz quadrada no tamanho da base de dados. “Desta maneira, dizemos que o algoritmo de Grover obtém um ganho quadrático em relação ao algoritmo clássico”, explica Guilherme.

A análise de Guilherme, baseada em métodos estatísticos, demonstrou que o ganho quadrático propiciado pelo algoritmo pode não ser suficiente para obter resultados significativos na prática. Apesar disso, seu trabalho oferece uma contribuição importante para a compreensão do potencial do QAOA e aponta novos caminhos para futuras pesquisas.

A cerimônia de premiação ocorrerá no primeiro dia do Congresso Nacional de 2024 da SBMAC, de 16 a 20 de setembro, em Porto de Galinhas (PE).