Estamos entrando em uma nova era de computação quântica

A computação quântica ainda pode estar engatinhando, mas recentes avanços nos encaminham a uma nova era. E toda era precisa de um nome. Então, quando historiadores estudarem este período que teve início por volta de 2017, eles terão uma palavra para descrevê-la: a era NISQ.

A era NISQ, ou Noisy Intermediate-Scale Quantum Technology (Tecnologia Quântica de Escala Ruidosa Intermediária, em tradução livre), é um termo que foi criado por John Preskill no mês passado durante a conferência Quantum Computing for Business (Q2B) sediada na NASA Ames na Califórnia. Líderes de negócios de 500 das maiores corporações do mundo se encontraram com especialistas em computação quântica (e me assistiram moderar um painel) para aprender como e quando computadores quânticos serão úteis para aplicações do mundo real. Preskill publicou um artigo baseado em sua apresentação na Q2B sobre o que envolve a era NISQ.

• Mas como é que um computador quântico funciona?

Em uma frase: “Computadores quânticos com 50 a 100 qubits podem desempenhar tarefas que sobrepõem as capacidades dos computadores digitais clássicos atuais, mas ruídos em barreiras quânticas limitarão o tamanho de circuitos quânticos que podem ser executados fidedignamente”, Preskill. Vamos explicar o que isso significa.

Computação comum x Computação quântica

Computadores quânticos são computadores que resolvem problemas baseados em uma arquitetura completamente diferente de computadores comuns. Computadores normais ou clássicos solucionam problemas traduzindo dados em bilhões e bilhões de “bits” interligados, ou sistemas físicos que representam dois estados diferentes, como botões de liga-desliga que dependem de outros botões do mesmo tipo.

Computadores quânticos, no entanto, usam qubits, ou bits quânticos,  que equivalem a alguma probabilidade entre zero e um simultaneamente enquanto a computação ocorre. Qubits conversam entre si durante a computação usando regras da mecânica quântica, com conceitos como “interferência quântica” e “”. Uma computação quântica meio que se parece com um jogo de cara ou coroa que termina em empate.

O Google vai iminentemente declarar que conseguiu atingir a “supremacia quântica”, um termo que Preskill . Isso significa que a empresa construiu um computador quântico que pode lidar com um problema especifico de maneira mais rápida que um computador comum. Isso exigiria cerca de 50 qubits, e computadores clássicos de hoje em dia não conseguiriam simular um computador quântico como tal. Mas ainda existem diversos desafios para que a computação quântica se torne realmente revolucionária.

Ruídos e a utilidade da computação quântica

Então, o que é essa era NISQ que estamos adentrando? Preskill explicou que estes computadores quânticos terão entre 50 e algumas centenas de qubits. Mas estes qubits são ruidosos – eles podem colapsar em bits comuns, ou retornar a um valor incorreto. “Este ruído colocará sérias limitações no que dispositivos quânticos podem realizar”, escreve Preskill.

Preskill acredita que até algum tipo de correção de erros quânticos seja criada, permitindo a correção de qubits robutos e interações de qubits, computadores quânticos da era NISQ não poderão executar circuitos com muitos qubits de maneira confiável. Assim, ainda existem erros na habilidade destes computadores em ler a resposta final.

Então, qual será o uso de computadores quânticos na era NISQ? Sobretudo, eles poderão simular interações de muitas partículas de uma maneira melhor que computadores clássicos. “Concepções valiosas podem ser adquiridas com os computadores ruidosos com [cerca de] 100 qubits”, explica Preskill.

Além disso, descobriremos se eles poderão solucionar problemas de otimização de maneira melhor que computadores comuns. E também descobriremos se os computadores quânticos da D-wave (empresa canadense pioneira em fazer computadores quânticos) são mais rápidos que computadores clássicos na hora de solucionar estes problemas.

É improvável, pelo menos por ora, que vejamos algumas vantagens no aprendizado da máquina, como alguma forma de inteligência artificial. Mas dificilmente veremos criptografia resistente à computação quântica ou redes de computadores quânticos no futuro próximo.

Por fim, os presentes da palestra pareceram gostar da apresentação de Preskill. Scott Aaronson, cientistas de computação teórica na Universidade do Texas em Austin, escreveu em seu blog: “Você já desejou ter algo ainda melhor que um clone: precisamente, alguém que escreve exatamente o que você queria escrever, em um tópico que as pessoas insistem em pedir que você escreva, mas de maneira muito melhor do que você teria escrito?”.

Você deveria ler o porque ele é voltado para pessoas com conhecimento introdutório à computação quântica. Mas, em resumo, a era NISQ é simplesmente um período em que desajeitados computadores quânticos fazem coisas que computadores clássicos não podem. Estes computadores quânticos ainda têm muitos empecilhos que os impedem de serem revolucionários; mas como o próprio Preskill escreveu, talvez sejam necessárias algumas décadas antes de computadores quânticos terem “efeitos transformadores na sociedade”.

Até lá, pesquisadores e companhias continuarão a encontrarar maneiras para tornar seus qubits mais resilientes e escalar seus computadores; matemáticos continuarão a buscar por algoritmos que terão benefícios com a computação quântica; e físicos usarão estas máquinas para criar simulações melhores. E será preciso muito trabalho para chegarmos a próxima era. Preskill conclui:

Tecnologia quântica está repleta de incríveis oportunidades, e muitas surpresas certamente nos aguardam no caminho. Mas os desafios que encontraremos serão extraordinários. Todo cientistas de tecnologia quântica deve apreciar que nosso campo pode atingir seu potencial nas próximas décadas apenas por inspiradores e constantes esforços. Se pagarmos o preço, as recompensas vindicarão estes esforços.

[ via ]

Imagem de topo: Um processador quântico de 16-qubit da IBM (Créditos: /Flickr)