Supremacia Quântica: Quem vai ganhar a corrida dos qubits?

Um mundo formado por milhares de zeros e uns. É assim a vida de um computador binário, aquele que a grande maioria de nós está acostumada a usar no dia a dia. Mas isso não vale no caso de um computador quântico, formado por bits quânticos ou qubits. 

Eles são unidades de dados que diferem dos bits comuns. Comumente feitos de átomos, elétrons ou fótons, podem existir como zeros e uns ao mesmo tempo, ou em qualquer posição entre eles. Tal flexibilidade permite que processem informações de novas maneiras. 

Essa nova geração de computadores promete revolucionar a informática tradicional. Isso porque computadores quânticos se baseiam nos princípios da superposição da matéria e no entrelaçamento quântico. Logo, eles podem armazenar mais estados por unidade de informação e operar com algoritmos mais eficientes a nível numérico, como o de Shor.  

A McKinsey prevê que, até 2030, de 2 mil a 5 mil computadores quânticos estejam em operação no mundo. Entretanto, de acordo com a empresa de consultoria, entre 2022 e 2026, serviços de computação quântica já poderão ser ofertados por provedores de cloud.  

O futuro parece muito promissor, mas não é nada barato. Computadores quânticos são máquinas caras e complexas, desenvolvidas por poucos. Para se ter uma ideia desse valor, esse ano o Ministério da Ciência da Alemanha anunciou que irá investir 1,1 bilhão de euros em pesquisas e desenvolvimento de computação quântica até 2025.

Q System One da IBM - Crédito: IBM

Atualmente, a maioria dos computadores quânticos possui menos de 100 qubits, mas as empresas do ramo querem mudar esse cenário. Em 2020, a IBM anunciou seu roadmap de 1000 qubits para 2023 com o IBM Quantum Condor. Mas antes que isso aconteça, a empresa tem um caminho a percorrer.  

Para esse ano está previsto o lançamento do processador IBM Quantum Eagle de 127 qubits. Ele contém atualizações que pretendem superar os recursos clássicos de computação simultânea em tempo real e assim possibilitar a execução de uma ampla quantidade de circuitos e códigos quânticos. Já em 2022 teremos o sistema IBM Quantum Osprey de 433 qubits.  

Benefícios e aplicações da computação quântica  

Aplicações que antes levavam dias ou meses, com a computação quântica tem a possibilidade de ocorrer em tempo real. O uso dessa tecnologia é variado e pode beneficiar diferentes setores, dentre eles o automobilístico.  

Nesse sentido, algumas empresas estão desenvolvendo carros sem motorista. Atualmente, o Google e a Volkswagen estão utilizando computadores quânticos para desenvolver baterias, transporte e tecnologia de direção autônoma. 

Com essa medida, a Volkswagen conseguiu otimizar o fluxo de tráfego para 10 mil táxis em Pequim. Logo, a aplicação da tecnologia quântica é bem variada, com capacidades que vão desde melhora nas previsões meteorológicas até mapeamento de riscos financeiros.  

Dentre os seus benefícios podemos citar:  

• Agilidade no processamento de grandes volumes de dados; 

• Redução de erros em cálculos; 

• Previsões mais detalhadas; 

• Aceleração de pesquisas;

• Maior precisão de sistemas.  

Desafios Quânticos  

A computação quântica está na mira de algumas empresas gigantes da tecnologia, mas isso não significa que não haja desafios a serem vencidos:  

1. Falta de coerência e ruído  

Qubits são extremamente sensíveis e quando expostos a fatores ambientais, há possibilidade de surgirem ruídos e falta de coerência.  

2. Fragilidade dos qubits  

Os computadores podem ser quânticos e sua capacidade de cálculo gigantesca, mas seus qubits são mais propensos a erros do que os bits tradicionais. Eles também são mais difíceis de controlar. Para assegurar sua estabilidade, suas máquinas devem ser mantidas em ambientes extremamente frios, com temperatura próxima a -273 °C.  

3. Escalabilidade  

Outro desafio é criar computadores quânticos que contenham qubits suficientes para a execução dos cálculos. O tamanho dessas máquinas também exige trabalho. Atualmente computadores desse tipo ocupam espaços médios de 10 m² e possuem cerca de 3 m de altura.  

Supremacia quântica  

 Processador Sycamore montado no criostato -  Crédito: Google

O que algumas empresas tanto buscam é atingir um marco que simboliza a capacidade de seus computadores quânticos em solucionar problemas inviáveis de serem executados por computadores comuns. Isso é o que chamamos de supremacia quântica.  

Por mais de duas décadas, a IBM foi pioneira no desenvolvimento de sistemas de computador quânticos, mas outras empresas também estão nessa corrida pela supremacia quântica.  

Além da IBM, estão nessa corrida a Microsoft, a empresa canadense D-Wave, que garante ter conseguido desenvolver o primeiro modelo com aplicação comercial; a Riguetti Computing, especializada na criação de circuitos quânticos; o Google, a Intel e a Honeywell, além de diversas startups.  

Em 2019, o Google afirmou ter atingido a supremacia quântica. De acordo com a empresa, seu processador quântico de 54 qubits, chamado Sycamore, era capaz de executar em 200 segundos uma tarefa específica que o supercomputador Summit, do Laboratório Nacional de Oak Ridge, levaria 10 mil anos para concluir. O resultado do experimento foi publicado na conceituada revista Nature.  

Em contrapartida, pesquisadores da IBM, a principal rival da computação quântica do Google, contestaram o marco. A empresa publicou em seu blog que “uma simulação ideal da mesma tarefa pode ser feita por um sistema clássico em 2 dias e meio e com muito mais fidelidade”. 

A IBM ainda afirmou em sua publicação que apesar do experimento do Google ser uma excelente demonstração do progresso na computação quântica baseada em supercondutores, ele não deveria ser visto como prova de que computadores quânticos são “supremos” sobre os computadores clássicos.  

Agora em 2021, a China estabelece um novo marco na supremacia quântica com o computador Zuchongzhi, a máquina mais poderosa do seu tipo criada até hoje. Com 66 qubits, o computador chinês finalizou determinada tarefa em 70 minutos, que levaria pelo menos 8 anos no caso dos “supercomputadores” clássicos. A partir desses números, o Zuchongzhi pode reivindicar a supremacia quântica.  

Apesar do imenso valor dos qubits, eles não são o único determinante da potência de um sistema quântico. Para executar a tarefa, o Zuchongzhi não usou todos os seus qubits, apenas 56. Quando comparada ao Sycamore do Google, essa atividade realizada pelo computador chinês foi considerada de 100 a 1000 vezes mais complexa.

Por enquanto, a China toma à frente nessa corrida. Só nos resta esperar para ver o que o Google, a IBM e outras organizações farão a respeito. Chegaremos mesmo a 1000 qubits até 2023?

O futuro tem tudo para ser quântico!

Este artigo foi escrito por Luana Brigo e publicado originalmente em Prensa.li.