Google apresenta processador e afirma ter atingido a supremacia quântica.

O Google divulgou esta semana os resultados de um experimento e rapidamente celebrou ter alcançando a supremacia quântica. O nome pretensioso refere-se a um conceito proposto por John Preskil, em 2012, para identificar o ponto em que os computadores quânticos seriam capazes de fazer coisas que computadores convencionais não poderiam. O Google afirma ter atingindo este marco com o processador Sycamore, desenvolvido em seus laboratórios na Califórnia, capaz de executar em 200 segundos um cálculo que teria levado mais de 10 mil anos em um computador atual. Controversa, a experiência nos faz perguntar: o quão perto estamos da computação quântica? Já abordamos este tema aqui e ali.

A computação quântica é um sonho ainda tão distante que mesmo sua aplicabilidade permanece em discussão. Os qubits, ou quantum bits, aproveitam-se da estranha habilidade das partículas subatômicas de existirem em mais de um estado ao mesmo tempo. Como resultado, podem armazenar mais combinações além dos 1 ou 0 dos bits atuais, e a capacidade de memória é extraordinariamente maior, com operações feitas muito mais rapidamente e com reduzido uso de energia. Na verdade, o experimento desta semana mostrou uma capacidade de crescimento duplamente exponencial.

O sistema apresentado pela Google foi recebido com ressalvas. Sugerimos este artigo para entender seu funcionamento. A IBM afirma que um computador convencional, com uma configuração diferente da prevista pela Google, seria capaz de resolver o mesmo problema em três dias. Já a Intel desdenha, dizendo que não há aplicações práticas para o processador Sycamore. Por trás da discussão está a batalha das grandes corporações pelo controle desse conhecimento.

Os desafios, entretanto, são muitos. Entre eles, podemos citar:

Hardware: O Sycamore enfrentou diversos desafios e um que permanece é relativo aos caros e extensos cabos necessários à obtenção das leituras. Os qubits são estabelecidos em átomos e seus múltiplos estados são difíceis de determinar, dada sua tendência a gerar números incoerentes e imprevisíveis, para se dizer o mínimo. O próprio spin a ser medido é um “momento” sem qualquer analogia com a física clássica, ele nem mesmo gira no sentido como entendemos o termo spin. E, é claro, as máquinas quânticas precisam operar na temperatura ambiente. Os protótipos em funcionamento rodam em temperaturas próximas de zero absoluto para se beneficiarem da supercondutividade de alguns materiais a esta temperatura.

Programação: todo o software atual é baseado em construções (expressões algébricas, funções trigonométricas, cálculo integral, pontos flutuantes etc) desenvolvidas nos séculos passados e não aplicáveis à física quântica. Não é possível adaptar a programação atual. É necessária uma nova matemática, criada do zero, para servir de base, e, a partir daí, inventar novas linguagens de programação.

Vale a pena, entretanto, investir neste conhecimento. Muitos dos avanços tecnológicos embrionários dependem fundamentalmente de mais processamento para serem desenvolvidos ou executados. Os computadores quânticos seriam capazes de oferecer breakthroughs em diversas áreas, como avanços no modelamento de reações químicas complexas, capazes de revolucionar a geração e o armazenamento de energia. Ou simulações de comportamento molecular e consequente design de novas moléculas para uso na medicina e genética. E também modelos complexos de análises de dados e aumento exponencial da capacidade de previsão e predição.

Avanços como este permitiriam o desenvolvimento de fontes limpas, baratas e abundantes de energia. Ou o sequenciamento genético para eliminar doenças e aumentar o tempo de vida. Ou ferramentas para controle do clima e do solo. Esta busca, entretanto, está longe de ter um fim, e não é difícil imaginar o tamanho do desafio.

Boas notícias para a computação quântica.

Qubits e seus múltiplos estados

A computação quântica aproveita-se da estranha habilidade das partículas subatômicas de existirem em mais de um estado ao mesmo tempo. Nos sistemas atuais, a informação é lida em dois estados: 1 ou 0. Ou seja, enquanto um bit atual pode armazenar apenas 1 ou 0, os quantum bits, ou qubits, podem armazenar muito mais. Como resultado, a capacidade de memória é extraordinariamente maior e as operações são feitas muito mais rapidamente e com reduzido uso de energia.

As aplicações são inúmeras e podem gerar uma revolução. “Não sabemos realmente o que será possível alcançar”, reconhece Prasanna Pakkiam, o Ph.D. autor do artigo recém-publicado aqui, com boas notícias para o desenvolvimento desta tecnologia capaz de revolucionar. Veja algumas das possibilidades:

• Avanços no modelamento de reações químicas complexas, capazes de revolucionar a geração e o armazenamento de energia. Pense em um mundo com energia limpa, barata e abundante.
• Simulação de comportamento molecular e consequente design de novas moléculas para uso na medicina e genética. Pense em um mundo sem doenças.
• Modelos complexos de análises de dados e aumento exponencial da capacidade de previsão, aliada à possibilidade de intervir. Pense em mundo sem desastres naturais.

O caminho, entretanto, é longo. As máquinas operam com princípios totalmente diferentes dos atuais, o que torna alienígena tanto o hardware como a própria programação. Na prática, a pesquisa é uma luta diária para solucionar um problema depois do outro, com avanços ocorrendo “um elétron de cada vez”. Há times investindo pesado em desenvolvimento, como IBM, Intel e Alphabet, mas também startups e grupos independentes em universidades e centros de pesquisa ao redor do mundo.

O mais recente avanço veio da Austrália, com o time do Centre of Excellence for Quantum Computation and Communication Technology, da University of New South Wales. Eles anunciaram o desenvolvimento de uma solução para acessar as informações nos qubits.

Os sensores (chamados de gates) enfrentam o desafio de ler os dados no mundo ínfimo e instável dos átomos. As três gates usadas interferiam nos resultados. Eram grandes demais para operar nos espaços reduzidos do universo quântico. Os pesquisadores apresentaram uma solução que usa apenas uma gate e é capaz de obter leituras mais rápidas e consistentes, abrindo caminho para novas soluções. Ou novos problemas a enfrentar.