Criostato supremo quântico do Google, com o computador quântico Sycamore dentro.
(Imagem: © Erik Lucero / Google)
Acabamos de entrar na era dos supremacia quântica, sugere um novo estudo.
Pela primeira vez, um computador quântico resolveu um problema que um computador tradicional, para todos os efeitos práticos, não pode, relataram pesquisadores hoje (23 de outubro) no revista Nature.
"Uma computação que levaria 10.000 anos em um supercomputador clássico levou 200 segundos em nosso computador quântico", afirmou o co-autor do estudo Brooks Foxen, pesquisador de pós-graduação em física no Google AI Quantum em Mountain View e na Universidade da Califórnia, Santa Barbara, disse em um comunicado.
"É provável que o tempo de simulação clássico, atualmente estimado em 10.000 anos, seja reduzido por hardware e algoritmos clássicos aprimorados, mas, como atualmente somos 1,5 trilhão de vezes mais rápidos, nos sentimos confortáveis reivindicando essa conquista", acrescentou Foxen.
Os computadores quânticos armazenam informações usando partículas subatômicas, que se comportam de acordo com regras muito diferentes daquelas que governam nosso macro mundo. Por exemplo, partículas quânticas podem existir em uma "superposição" de dois estados diferentes ao mesmo tempo, e as partículas podem ser separadas por anos-luz e ainda assim serem "emaranhado, "afetando as propriedades uns dos outros.
Essa estranheza é a chave para o incrível poder potencial de Computação quântica. Devido ao fenômeno de superposição, os computadores quânticos podem armazenar e manipular muito mais informações por unidade de volume do que os computadores tradicionais, que codificam informações de maneira binária usando 0s e 1s. (A propósito, a unidade básica de informação de um sistema de computação quântica é conhecida como qubit, abreviação de "bit quântico").
O novo estudo nos dá uma amostra desse poder. A equipe de pesquisa, liderada por Frank Arute, do Google AI Quantum, usou um computador quântico chamado Sycamore, que apresentava 53 qubits funcionais (mais um que não funcionava corretamente).
Os cientistas entrelaçaram esses 53 qubits em um estado de superposição complexo e depois fizeram o Sycamore executar uma tarefa semelhante à geração de números aleatórios. Os resultados foram comparados com simulações realizadas no supercomputador Summit no Laboratório Nacional de Oak Ridge, no Tennessee.
"Atualmente, a Summit é o supercomputador líder mundial, capaz de realizar cerca de 200 milhões de bilhões de operações por segundo", escreveu William Oliver, físico do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, em um acompanha "Notícias e exibições" na mesma edição da Nature.
"Ele compreende aproximadamente 40.000 unidades de processador, cada uma das quais contém bilhões de transistores (comutadores eletrônicos) e possui 250 milhões de gigabytes de armazenamento. Aproximadamente 99% dos recursos da Summit foram usados para realizar a amostragem clássica", acrescentou Oliver, que não estava envolvido no novo estudo.
Como observou Foxen, o Sycamore terminou em cerca de 3,5 minutos, e o trabalho da Summit sugeriu que mesmo o supercomputador tradicional mais poderoso teria que mastigar o problema por cerca de 10.000 anos.
"Esta demonstração de supremacia quântica sobre os principais algoritmos clássicos de hoje nos supercomputadores mais rápidos do mundo é realmente uma conquista notável e um marco para a computação quântica", acrescentou Oliver. "Ele sugere experimentalmente que os computadores quânticos representam um modelo de computação que é fundamentalmente diferente do dos computadores clássicos. Ele também combate ainda mais críticas sobre a controlabilidade e viabilidade da computação quântica em um espaço computacional extraordinariamente grande (contendo pelo menos os 253 estados usados aqui". ). "
(Porém, nem todos concordam que o novo artigo realmente relate "supremacia". Por exemplo, pesquisadores da IBM argumentam que a tarefa executada pelo Sycamore está bem ao alcance de um computador clássico. "Argumentamos que uma simulação ideal da mesma tarefa pode ser realizado em um sistema clássico em 2,5 dias e com uma fidelidade muito maior ", escreveram três cientistas da IBM em um post de blog em 21 de outubro." Essa é, de fato, uma estimativa conservadora, na pior das hipóteses, e esperamos que, com aprimoramentos adicionais, o custo clássico da simulação pode ser reduzido ainda mais. ")
Oliver também enfatizou, no entanto, que ainda é necessário fazer um trabalho considerável antes que os computadores quânticos possam se tornar uma parte importante de nossas vidas cotidianas. Por exemplo, ele escreveu, os pesquisadores terão que desenvolver novos algoritmos que possam trabalhar com os processadores quânticos sujeitos a erros que estarão disponíveis em um futuro próximo. E, para tornar a tecnologia comercialmente viável a longo prazo, os cientistas terão que criar protocolos robustos para corrigir erros quânticos.
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Nota do editor: Esta história foi atualizada em 24 de outubro para incluir pensamentos de cientistas da IBM que não acreditam que o novo estudo demonstre supremacia quântica.
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