Baseado em teoria quântica, D-Wave 2 pode ser mais rápido que um supercomputador

A computação quântica é aclamada como o futuro do processamento de dados, com promessas de realizar cálculos milhares de vezes mais rápido que os supercomputadores atuais, e consumindo muito menos eletricidade.

Este ano, o Google voltou a se manifestar sobre o computador quântico que comprou da D-Wave, para fins de inteligência artificial. (Aliás, isso ajuda a explicar por que o Google vem comprando empresas de AI e robótica nos últimos seis meses.) Então vamos dar uma olhada mais de perto nesta máquina, conhecida como D-Wave Two.

A fabricante D-Wave afirma ter os únicos computadores quânticos no mercado; e o D-Wave Two (DW2), teria o dobro de poder computacional que seu antecessor. Mas como a D-Wave conseguiu esse feito, se até mesmo os melhores cientistas do mundo (e a NSA) vêm tendo dificuldades para criar um computador quântico?

A D-Wave diz que estes são computadores quânticos, mas há controvérsias. É difícil provar isto: na mecânica quântica, ao observar um fenômeno, você pode mudar o comportamento de uma partícula quântica – só é possível obter provas indiretas disso. Alguns cientistas discordam da empresa.

No entanto, os computadores da D-Wave são certamente baseados na teoria quântica – e ela possui princípios quase anti-intuitivos. Um deles é essencial: uma partícula pode assumir dois estados diferentes ao mesmo tempo. É a chamada “sobreposição quântica”.

É por causa disso que um bit quântico – ou qubit – pode assumir os valores 0 e 1 ao mesmo tempo. Por isso, computadores quânticos prometem ser mais potentes que os tradicionais. Enquanto um computador tradicional vai explorar sequencialmente as possíveis soluções para um problema, o sistema quântico analisa cada possível solução simultaneamente. Além disso, o sistema quântico não fornece apenas uma resposta “melhor”, e sim cerca de 10.000 alternativas próximas em apenas um segundo.

A matriz de 128-qubits no D-Wave One

O D-Wave One (DW1) foi lançado em maio de 2011, e usa um chipset de 128 qubits. Ele é diversas vezes mais rápido que supercomputadores existentes, e foi logo adquirido por laboratórios de pesquisa e empreiteiros do Departamento de Defesa americano.

Por sua vez, o D-Wave Two (DW2) – lançado em 2013 – usa uma matriz de 512 qubits. Cada qubit é um processador pequeno que explora os efeitos da mecânica quântica. Quanto mais qubits estiverem conectados entre si, mais ampliados se tornam esses efeitos.

Cada qubit do D-Wave Two se comunica diretamente com outros sete qubits; são blocos que formam uma estrutura de 8 em 8 qubits. Por causa disso, o DW2 é até de 300.000 vezes mais poderoso do que seu antecessor.

Mas, para tirar vantagem dos efeitos quânticos, o DW2 requer condições extremas e muito específicas. Ele precisa operar a 0,02 Kelvin (-273,13°C), 150 vezes mais frio do que as profundezas do espaço interestelar, em um vácuo cuja pressão atmosférica é 10 bilhões de vezes menor que a normal. Ele ainda precisa de blindagem pesada para se proteger contra interferência magnética.

Surpreendentemente, alcançar estas temperaturas consome apenas 15,5 kW e ocupa apenas 10m² de área, em comparação com os milhares de kilowatts e metros quadrados exigidos por supercomputadores tradicionais.

Um qubit – Ndickson/Wikipedia

Quanto ao desempenho versus computadores comuns, o Google tem isso a dizer:

Em um teste inicial, nós criamos problemas aleatórios para serem resolvidos pelo DW2 e por solucionadores como Pesquisa Tabu, Akmaxsat e CPLEX. Com 509 qubits, a máquina é de cerca de 35.500 vezes (!) mais rápida que o melhor destes solucionadores.

No entanto, ao utilizar soluções mais especializadas, o desempenho do computador quântico não impressiona tanto:

O que temos se o computador quântico disputa contra solucionadores feitos especificamente para competir com o hardware da D-Wave? O seguinte padrão emerge: para cada um, há problemas em que a versão não-quântica fica em primeiro lugar, ou pelo menos alcança um desempenho similar. Mas o inverso também é verdadeiro: para cada solver clássico, há problemas nos quais o hardware quântico se sai muito melhor.

Para saber quais problemas o computador quântico resolve melhor, o Google fez o DW2 resolver 400.000 problemas, para então comparar isto aos solucionadores clássicos. Os resultados não apontam um padrão claro; a empresa trará mais detalhes no futuro.

No ano passado, o Google, a NASA e a Associação das Universidades para Pesquisa Espacial compraram juntas um DW2. A D-Wave não revela preços, mas a BBC estima que o custo foi de aproximadamente US$ 15 milhões.

A computação quântica ainda tem um caminho a percorrer até que seja confiável, mas não deve demorar muito até que ela esteja pronta para nos catapultar para o futuro. [Wikipédia 1, 2 – Extremetech – BBC – D-Wave Systems – Nature]

Atualizado às 16h20