O Google deu um salto quântico na ciência da computação. Usando o computador quântico de última geração da empresa, chamado Sycamore, o Google reivindicou "supremacia quântica" sobre os supercomputadores mais poderosos do mundo, resolvendo um problema considerado virtualmente impossível para máquinas normais.
O computador quântico concluiu o cálculo complexo em 200 segundos. Esse mesmo cálculo levaria até os supercomputadores mais poderosos aproximadamente 10.000 anos para terminar, escreveu a equipe de pesquisadores, liderada por John Martinis, físico experimental da Universidade da Califórnia em Santa Barbara, em seu estudo publicado quarta-feira (23 de outubro) em a revista Nature.
"É provável que o tempo de simulação clássica, atualmente estimado em 10.000 anos, seja reduzido por hardware e algoritmos clássicos aprimorados", disse Brooks Foxen, pesquisador de pós-graduação no laboratório de Martinis, em comunicado. "Mas, como atualmente somos 1,5 trilhão de vezes mais rápidos, nos sentimos confortáveis reivindicando essa conquista", acrescentou, referindo-se à supremacia dos computadores quânticos.
Os computadores quânticos aproveitam a física esquisita da mecânica quântica para resolver problemas que seriam extremamente difíceis, se não impossíveis, para os computadores clássicos semicondutores resolverem.
O cálculo que o Google optou por conquistar é o equivalente quântico de gerar uma lista muito longa de números aleatórios e verificar seus valores um milhão de vezes. O resultado é uma solução não particularmente útil fora do mundo da mecânica quântica, mas tem grandes implicações no poder de processamento de um dispositivo.
Força na incerteza
Computadores comuns realizam cálculos usando "bits" de informação, que, como interruptores on-off, podem existir em apenas dois estados: 1 ou 0. Os computadores quânticos usam bits quânticos, ou "qubits", que podem existir como ambos 1 e 0 simultaneamente. Essa conseqüência bizarra da mecânica quântica é chamada de estado de superposição e é a chave para a vantagem do computador quântico em relação aos computadores clássicos.
Por exemplo, um par de bits pode armazenar apenas uma das quatro combinações possíveis de estados (00, 01, 10 ou 11) a qualquer momento. Um par de qubits pode armazenar todas as quatro combinações simultaneamente, porque cada qubit representa os dois valores (0 e 1) ao mesmo tempo. Se você adicionar mais qubits, a energia do seu computador aumenta exponencialmente. Três qubits armazenam oito combinações, quatro qubits armazenam 16 e assim por diante. O novo computador do Google com 53 qubits pode armazenar 253 valores, ou mais de 10.000.000.000.000.000 (10 quadrilhões) de combinações. Esse número fica ainda mais impressionante quando outra propriedade fundamental e igualmente bizarra da mecânica quântica entra em cena: estados emaranhados.
Em um fenômeno descrito por Albert Einstein como "ação assustadora à distância", partículas que interagiram em algum momento no tempo podem se enredar. Isso significa que medir o estado de uma partícula permite que você conheça simultaneamente o estado da outra, independentemente da distância entre as partículas. Se os qubits de um computador quântico estiverem emaranhados, todos poderão ser medidos simultaneamente.
O computador quântico do Google consiste em circuitos microscópicos de metal supercondutor que envolvem 53 qubits em um estado de superposição complexo. Os qubits emaranhados geram um número aleatório entre zero e 253, mas devido à interferência quântica, alguns números aleatórios aparecem mais que outros. Quando o computador mede esses números aleatórios milhões de vezes, um padrão surge de sua distribuição desigual.
"Para computadores clássicos, é muito mais difícil calcular o resultado dessas operações, porque exige calcular a probabilidade de estar em qualquer um dos 253 estados possíveis, de onde os 53 provêm do número de qubits - a escala exponencial é a razão pela qual as pessoas estão interessadas em computação quântica ", disse Foxen.
Aproveitando as estranhas propriedades do entrelaçamento e superposição quânticos, o laboratório da Martinis produziu esse padrão de distribuição usando o chip Sycamore em 200 segundos.
No papel, é fácil mostrar por que um computador quântico poderia superar o desempenho dos computadores tradicionais. Demonstrar a tarefa no mundo real é outra história. Enquanto os computadores clássicos podem empilhar milhões de bits operacionais em seus processadores, os computadores quânticos lutam para aumentar o número de qubits com os quais podem operar. Os qubits emaranhados ficam desembaraçados após curtos períodos e são suscetíveis a ruídos e erros.
Embora essa conquista do Google seja certamente uma façanha no mundo da computação quântica, o campo ainda está em sua infância e os computadores quânticos práticos continuam distantes no horizonte, disseram os pesquisadores.
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