Por que o Google está preparado para atingir o próximo grande marco da computação quântica

No começo desta semana, representantes de empresas automotivas e companhia aéreas, grandes bancos, empresas de software e militares se encontraram para aprender noções básicas de mecânica quântica na NASA. E isso foi só uma pequena parte de tudo.

A startup QCWare, de softwares de computação quântica, realizou a primeira conferência Q2B (sigla em inglês para “computação quântica para negócios) no Centro de Pesquisa NASA Ames. Empresários levando a computação quântica seriamente em consideração se encontraram com especialistas, empreendedores e professores para aprenderem e ver o que o futuro do setor pode trazer para seus negócios. Houve muito progresso e esperança, apesar do fato de que a computação quântica ainda esteja vivendo sua própria fase “anos 1950 da computação”. E, importante apontar, os participantes da conferência também aprenderam como julgar de modo realista o quão “bom” um computador quântico realmente é.

Inflaram-se rumores de que o Google está para anunciar, em breve, uma “supremacia quântica” — basicamente, rumores de que eles teriam criado um dispositivo de processamento quântico que consegue resolver um problema comprovada e inequivocamente mais rápido do que um computador normal consegue. Esse seria um marco enorme no mundo da computação quântica, e o Google deu alguns indícios de detalhes na conferência.

“Comunicados de imprensa sempre falam da corrida espacial quântica em termos de qubits”, disse John Martinis, físico da Universidade da Califórnia em Santa Barbara que trabalha com o Google em seu projeto Quantum Supremacy. “É mais do que quantidade, é qualidade de qubit.” Já voltamos nisso.

Só para relembrar, computadores convencionais são máquinas que executam cálculos usando uma série de bits — qualquer sistema físico cujas partes mais básicas podem assumir um de dois valores discretos, como uma moeda. Um computador quântico, por sua vez, tem bits quânticos, ou qubits. Qubits têm alguma probabilidade de ou serem zero ou um durante um cálculo. Os algoritmos de computação quântica realizam cálculos ao manipular esses qubits por meio de contas matemáticas de mecânica quântica. Em seu núcleo, essa conta é apenas probabilidade combinada com números complexos e a álgebra linear que talvez você tenha aprendido durante seu primeiro ano de faculdade.

O próximo grande marco da computação quântica é que alguma empresa mostre, inequivocamente, que sua máquina consegue, com facilidade, resolver problemas que sejam difíceis para um computador clássico. Essa empresa não apenas precisa de um bom computador quântico, como também do problema certo para “pegar de surpresa” um computador clássico. Esse problema precisa ser difícil, exigir vários qubits de alta qualidade e ser generalizável para qualquer computador quântico, diz Martinis.

No caso do Google, a equipe vai configurar um circuito quântico com seus qubits ao entrelaçá-los (basicamente, configurar uma ligação quântica entre eles), permitindo então que o sistema evolua ao longo do tempo. No fim, o modo como esses qubits evoluem é determinado pelas regras da mecânica quântica, mas a medição final pode assumir diferentes valores, com diferentes probabilidades. Descobrir os resultados possíveis dos qubits, junto com a probabilidade de medir os resultados, é tão complexo que o computador clássico precisa simular o computador quântico para fazê-lo, além de poder levar semanas para fazer o que o computador quântico consegue fazer em minutos.

Esse problema vai oferecer aos pesquisadores uma métrica que consegue demonstrar não apenas que o computador quântico tem muitos qubits para simular classicamente, mas que também exige que os qubits sejam bons. Isso significa que eles não podem produzir o valor errado ou se transformar em bits normais ao interagir com o ambiente ou outros qubits por um longo período de tempo. Existem outros problemas de supremacia quântica também. Esses problemas não são tão úteis para a indústria, mas testam os limites da computação comum e até os limites da mecânica quântica. E já que exigem os computadores clássicos mais avançados executando seus algoritmos mais rápidos para comparação, esses problemas ajudarão a ultrapassar os limites da computação comum também.

O Google está no meio da fabricação de seu dispositivo de supremacia quântica de 49 ou 50 qubits neste mês e vai começar a testá-lo em duas semanas (sem levar os atrasos das férias de Natal em conta), disse Martinis. Mas existem outros tipos de computadores quânticos baseados em diferentes arquiteturas. Uma startup, a IonQ, vai usar átomos presos por lasers. A Microsoft está trabalhando em um tipo diferente de qubit “topológico” baseado nos comportamentos de vários elétrons, e a empresa de computação quântica D-Wave, no ramo há bastante tempo, usa um sistema especializado chamado anelamento quântico para realizar problemas de otimização.

Empresas como Volkswagen, Airbus, Citibank, Emerson, a gigante europeia de TI Atos, assim como firmas de capital de risco, estiveram presentes para assistir às apresentações e saber como potenciais aplicações, como otimização e aprendizado de máquina, poderiam ajudar seus negócios.

Está claro para todos que as empresas não conseguirão tirar vantagem da computação quântica por algum tempo ainda, talvez até mesmo décadas. Mas saiba que as pessoas já estão pensando nisso e em todas as diferentes maneiras como poderemos usar esses computadores. E você deve esperar ver empresas atingir outras marcas importantes de computação quântica em breve.

Afinal de contas, estamos entrando em uma nova era de computação quântica chamada NISQ (“Noisy, Intermediate-Scale quantum computer”, ou “computador quântico barulhento de escala intermediária”, em tradução livre), explicou John Preskill, físico teórico do CalTech. Mas todos os olhos estão voltados para o grande prêmio: um computador quântico de propósito geral. Tolerância a falhas, criação de qubits de alta qualidade (frequentemente a partir de vários qubits físicos) que não erram são aquilo em que muitos estão focados, da mesma maneira como estão focados no número de qubits. Preskil afirmou: “O progresso em direção ao computador quântico tolerante a falhas precisa continuar”.