Equipamento quântico reduz para 36 microsegundos processo que demoraria 9.000 anos a executar

Criado pela empresa canadense Xanadu, um equipamento quântico acaba de “obliterar” um supercomputador convencional num teste de benchmark, conseguindo executar em 36 microsegundos uma tarefa que demoraria 9.000 anos a concluir. O estudo, partilhando na publicação científica Nature, salienta a demonstração do chip quântico Borealis.

É explicado que os supercomputadores convencionais calculam as sequências usando bits binários (0 ou 1), mas os equipamentos quânticos podem fazer cálculos onde o 0 e o 1 podem existir ao mesmo tempo, com diferentes probabilidades. Os dados são processados em qubits, uma unidade que consegue executar múltiplos cálculos em simultâneo devido à sua física única. Na prática, um computador estável poderá teoricamente explorar múltiplas soluções em simultâneo para o mesmo problema.

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As capacidades de multitasking dos computadores quânticos elevam a eficiência dos cálculos, que nos supercomputadores convencionais são feitos de forma linear. Isso permite que uma mesma tarefa seja feita a uma velocidade incrivelmente superior aos supercomputadores. A isto chama-se “supremacia quântica”, que empresas como a IBM ou a Google têm vindo a explorar nos últimos anos. A expressão foi proposta por John Preskill em 2012 para descrever o ponto em que os computadores quânticos conseguem fazer coisas que os clássicos já não conseguem.

As duas gigantes tecnológicas têm vindo a disputar a chamada “vantagem quântica”, apresentando computadores quânticos cada vez mais rápidos. Em 2019 a Google demonstrou a velocidade do seu computador quântico Sycamore. Este processa com 54 qubits (54 bits quânticos) conseguindo executar cálculos em 200 segundos, que o melhor supercomputador tradicional do mundo demoraria cerca de 10.000 anos a completar. E mesmo assim, o cálculo foi feito com 53 qubits, porque um se terá partido.

A IBM refutou os resultados obtidos pela Google, referindo que os cálculos executados pelo Sycamore poderiam ser realizados num supercomputador clássico em dois dias e meio, com maior fiabilidade. E com isso, a Supermacia Quântica não tinha sido obtida.

A grande questão que se coloca nos computadores quânticos é quando é que estes estarão prontos para deixar o campo teórico, para serem utilizados em cenários práticos. O problema reside no seu design, dependendo de sistemas de partículas físicas, o que obriga os supercomputadores quânticos a terem formas pouco convencionais, assemelhando-se a candeeiros de cristais. Esse formato é pouco prático de utilizar, obrigando o hardware das máquinas a ser conservado em condições de refrigeração muito controladas, quase à temperatura zero.

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Essa é a transformação que as fabricantes têm vindo a estudar nos últimos anos. No mês passado, a IBM revelou a expansão do seu plano para alcançar a computação quântica prática de grande escala. O plano inclui detalhes para as novas arquiteturas modulares e de redes, que irão permitir à IBM oferecer sistemas quânticos com maior capacidade de qubits, ou seja até 4.000 qubits nos próximos três anos.

A tecnológica diz que para continuar a escalas as máquinas, mantendo a velocidade e qualidade necessária para utilizar na computação quântica prática, planeia continuar a construir camadas de software inteligente para distribuir de forma eficiente as cargas de trabalho e outros desafios apresentados pela infraestrutura.

No caso da Xanadu, a empresa utilizou um equipamento baseado em chips fotónicos, semelhante ao que foi utilizado por uma equipa de investigação chinesa na demonstração da sua vantagem quântica. O novo chip Borealis adiciona uma nova vantagem: a capacidade de ser programável. Ou seja, em anteriores experimentações na china, as experiências baseavam-se em redes estáticas, em que cada componente era fixado depois de ser fabricado. O Borealis permite que os seus elementos óticos possam ser programados, permitindo dessa forma ser adaptado para resolver múltiplos problemas científicos.

A equipa canadense até disponibiliza uma experimentação em cloud, para qualquer registado possa testar e explorar o Xanadu. Segundo a publicação SingularityHub, o chip é referido como flexível e com potencial para escalar. É também explicado que a equipa de investigação superou um problema chamado amostra Gaussian boson. Trata-se de um benchmark para avaliar a capacidade da computação quântica. É definido como um teste computacional difícil, porque não tem muito impacto nos problemas do mundo real. Mas que funciona como o que tem sido utilizado para avaliar a IA em partidas de xadrez, por exemplo. O Gaussian boson é utilizado para comparar e demonstrar as vantagens dos equipamentos quânticos face aos supercomputadores tradicionais.

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No desafio executado para o estudo, foi utilizado um equipamento com chip fotónico com capacidade de 216 qubits. No entanto, houve mudanças no seu design, fugindo aos sistemas clássicos, calculando os pacotes de fotões pelo tempo de chegada, do que a direção standard. Para tal utilizou loops de fibra ótica para atrasar os fotões para que interferissem nos locais específicos para a computação quântica.

O importante é que a equipa pode afinar e programar os componentes em tempo real, tal como se estivessem a editar código num computador, mas ao nível de hardware. A equipa certificou-se também que o output dos dados estava correto.

Para já, a corrida continua acesa, por um lado a evolução dos computadores quânticos, do outro, os algoritmos cada vez mais refinados, usando chips de IA e designs neuromórficos nos computadores. Por isso, ainda será cedo para conceder vitória à “supremacia quântica”.