Durante anos, computadores quânticos prometeram realizar cálculos que fariam até os supercomputadores mais poderosos parecerem lentos. O problema sempre esteve em demonstrar que essas máquinas não apenas chegam rapidamente a uma resposta, mas também conseguem produzir resultados confiáveis. Agora, pesquisadores da IBM e da Universidade de Chicago deram um passo importante nessa direção com um experimento que terminou em cerca de 15 minutos e enfrentou justamente esse velho obstáculo.
O computador quântico precisou de apenas 15 minutos
Pesquisadores da IBM e da Universidade de Chicago conseguiram executar um cálculo quântico de alta complexidade em aproximadamente 15 minutos.
O detalhe que transforma o resultado em algo particularmente interessante é o que aconteceria ao tentar reproduzir a mesma tarefa utilizando alguns dos melhores métodos conhecidos de computação clássica.
As simulações enfrentariam tempos de execução considerados proibitivos na prática.
O experimento está relacionado a uma técnica conhecida como random circuit sampling, ou amostragem de circuitos aleatórios, utilizada há anos para testar até onde computadores quânticos conseguem avançar diante das máquinas tradicionais.
Nesse tipo de tarefa, circuitos quânticos produzem distribuições de resultados extremamente complexas. Conforme aumenta o número de qubits e operações, simular todo esse comportamento em computadores convencionais pode exigir quantidades gigantescas de recursos.
Mas existe uma espécie de paradoxo.
Se você cria um problema tão difícil que um computador clássico não consegue reproduzir o cálculo, como pode ter certeza de que a resposta produzida pelo computador quântico está correta?
Foi justamente aí que os pesquisadores introduziram uma mudança importante.
Não bastava superar o computador clássico: era preciso provar que funcionou
A equipe desenvolveu uma alternativa estruturada ao método tradicional de amostragem de circuitos aleatórios.
Ela preserva características que tornam o problema extremamente difícil para sistemas clássicos, mas adiciona algo fundamental: uma estrutura capaz de ajudar na detecção de erros durante o cálculo.
Essa diferença é crucial para a computação quântica.
Qubits são extremamente sensíveis. Pequenas interferências do ambiente, ruído eletrônico e imperfeições no hardware podem alterar seu estado e comprometer os resultados.
Portanto, aumentar simplesmente a quantidade de qubits não resolve o problema.
Uma máquina gigantesca que produz respostas pouco confiáveis continua tendo utilidade limitada.
A experiência da IBM tentou atacar exatamente essa dificuldade utilizando 70 qubits lógicos.
Eles não devem ser confundidos diretamente com os qubits físicos presentes nos processadores. Um qubit lógico utiliza esquemas de codificação e correção para proteger a informação quântica dos erros existentes no hardware.
O resultado foi expressivo: a taxa efetiva de erro lógico ficou aproximadamente dez vezes abaixo da taxa de erro dos qubits físicos utilizados para construir o sistema.
Foram milhares de operações protegidas contra erros
O computador executou 2.415 operações lógicas envolvendo dois qubits e outras 468 operações conhecidas como portas T.
Esses números ajudam a dimensionar a complexidade do circuito utilizado no experimento.
Quanto mais operações são realizadas, maior normalmente é a oportunidade para que erros se acumulem e destruam a informação antes de o cálculo terminar.
A correção de erros permitiu manter uma fidelidade elevada mesmo diante desse grande número de operações.
É justamente a combinação entre três elementos que torna o resultado relevante: complexidade suficiente para dificultar drasticamente a simulação clássica, correção de erros e uma maneira de avaliar a confiabilidade da resposta.
Até agora, demonstrações de vantagem quântica frequentemente enfrentavam críticas relacionadas à verificação ou ao surgimento posterior de algoritmos clássicos mais eficientes.
O novo experimento tenta elevar essa barreira.
Isso não significa, entretanto, que seu notebook ficou obsoleto ou que os supercomputadores convencionais estão prestes a desaparecer.
Computadores quânticos não vão substituir seu PC
A computação quântica funciona de maneira profundamente diferente da informática tradicional e não foi criada para tornar qualquer tarefa cotidiana milhares de vezes mais rápida.
Abrir um navegador, escrever um documento, assistir a um vídeo ou executar a maioria dos programas convencionais continuará sendo trabalho para processadores clássicos.
A vantagem dos sistemas quânticos aparece potencialmente em determinadas categorias extremamente específicas de problemas.
Entre as aplicações estudadas estão simulações de moléculas e materiais, química, descoberta de medicamentos e problemas matemáticos cuja complexidade cresce rapidamente.
É por isso que a IBM considera a correção de erros uma peça central de sua estratégia.
Para chegar a aplicações realmente úteis, não basta construir processadores com números cada vez maiores de qubits físicos. Será necessário organizar esses componentes em qubits lógicos suficientemente confiáveis para executar milhões de operações.
E ainda existe um longo caminho até lá.
Os 15 minutos importam menos do que aquilo que aconteceu durante eles
O aspecto mais chamativo do experimento é inevitavelmente o tempo: cerca de 15 minutos diante de um problema que coloca métodos clássicos diante de custos computacionais proibitivos.
Mas talvez essa não seja a parte mais importante.
A computação quântica já apresentou anteriormente demonstrações impressionantes de velocidade. O grande desafio sempre foi transformar esses experimentos em máquinas confiáveis, verificáveis e escaláveis.
O trabalho da IBM e da Universidade de Chicago sugere que essas três ideias estão começando a se aproximar.
Os pesquisadores conseguiram proteger dezenas de qubits lógicos, realizar milhares de operações e obter evidências estatísticas de que o resultado final era confiável.
Isso ainda não significa que computadores quânticos estejam prontos para resolver todos os grandes problemas científicos ou industriais.
Significa algo mais concreto: a distância entre uma demonstração experimental e uma máquina quântica capaz de realizar cálculos úteis e confiáveis ficou um pouco menor.
Depois de décadas de promessas sobre computadores que desafiam os limites da informática tradicional, a pergunta começa lentamente a mudar.
Talvez já não seja apenas se uma máquina quântica conseguirá realizar algo que um computador clássico não pode fazer de maneira prática.
A questão agora é quando esse poder deixará os benchmarks de laboratório e começará a resolver problemas que realmente importam fora deles.
[Fonte: El nacional]
