Explicado: O que é supremacia quântica?

A supremacia quântica é um marco há muito procurado na computação e agora o Google anunciou que o alcançou. Um olhar sobre a ciência por trás do conceito, o que realmente foi alcançado e quanto resta.

Um componente do Quantum Computer do Google no laboratório de Santa Bárbara, Califórnia, EUA. (Foto via Reuters)

Esta semana, o Google anunciou que alcançou um avanço chamado supremacia quântica em computação. O que isso significa e por que é importante?

Então, o que é supremacia quântica?

É um termo proposto em 2012 por John Preskill, professor de física teórica do California Institute of Technology. Ele descreve o ponto em que os computadores quânticos podem fazer coisas que os computadores clássicos não podem. No caso do Google, pesquisadores da Universidade da Califórnia em Santa Bárbara afirmaram ter desenvolvido um processador que levou 200 segundos para fazer um cálculo que teria levado um computador clássico de 10.000 anos.

Mas o que é um computador quântico?

Nossos computadores tradicionais funcionam com base nas leis da física clássica, especificamente utilizando o fluxo de eletricidade. Um computador quântico, por outro lado, busca explorar as leis que governam o comportamento dos átomos e partículas subatômicas. Nessa escala minúscula, muitas leis da física clássica deixam de se aplicar, e as leis únicas da física quântica entram em ação.

O desenvolvimento de tal computador tem sido uma meta dos cientistas por quase quatro décadas. Em 1981, o físico Richard Feynman escreveu: Tentar encontrar uma simulação computacional da física parece-me um excelente programa a seguir ... A natureza não é clássica ... e se você quiser fazer uma simulação da natureza, é melhor torná-lo mecânico quântico e, caramba, é um problema maravilhoso, porque não parece tão fácil.

Que diferença essa simulação faria?

Trata-se de velocidade de processamento. Vejamos como um computador clássico processa informações. Os bits de informação são armazenados como 0 ou 1. Cada string de tais dígitos (bitstrings) representa um caractere ou instrução única; por exemplo, 01100001 representa a minúsculo.

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Em um computador quântico, as informações são armazenadas em bits quânticos, ou qubits. E um qubit pode ser 0 e 1 ao mesmo tempo. A física quântica envolve conceitos que até os físicos descrevem como estranhos. Ao contrário da física clássica, em que um objeto pode existir em um lugar ao mesmo tempo, a física quântica analisa as probabilidades de um objeto estar em pontos diferentes. A existência em vários estados é chamada de superposição e os relacionamentos entre esses estados são chamados de emaranhamento.

Quanto maior o número de qubits, maior a quantidade de informações armazenadas neles. Em comparação com as informações armazenadas no mesmo número de bits, as informações em qubits aumentam exponencialmente. É isso que torna um computador quântico tão poderoso. E ainda, como Preskill da Caltech escreveu em 2012, construir hardware quântico confiável é desafiador por causa da dificuldade de controlar sistemas quânticos com precisão.

Sundar Pichai com um dos computadores quânticos do Google no laboratório de Santa Bárbara, Califórnia, EUA. (Foto via Reuters)

É isso que o Google conseguiu?

Os pesquisadores demonstraram do que um computador quântico é capaz. Eles construíram uma arquitetura de 54 qubits com Sycamore, o computador quântico do Google. Enquanto um deles não funcionou, os outros 53 qubits foram emaranhados em um estado de superposição.

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A equipe compôs uma sequência aleatória de cerca de 1.000 operações. Cada vez que executavam esse algoritmo aleatório, o computador quântico produzia um bitstring.

Agora, alguns bitstrings têm mais probabilidade de ocorrer do que outros e é possível identificar quais são mais prováveis. No entanto, quanto mais complexo o circuito quântico aleatório, mais difícil para um computador clássico identificar as bitstrings mais prováveis ​​- e a dificuldade cresceu exponencialmente. A supremacia foi alcançada quando eles demonstraram que o processador quântico levou apenas 200 segundos para computar um algoritmo aleatório supercomplexo, enquanto o supercomputador mais rápido levaria 10.000 anos, disse o Google em um e-mail.

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Então, de que adianta isso?

Nenhum, no que diz respeito às aplicações práticas. A tarefa realizada não é super importante para este marco; é muito mais sobre o fato de que o marco aconteceu em primeiro lugar, disse o e-mail do Google. Citou os irmãos Wright como analogia: Para eles demonstrarem que a aviação é possível, não importava tanto para onde o avião estava indo, para onde decolou e pousou, mas que ele era capaz de voar.

Todos estão convencidos?

A IBM contestou a afirmação do Google de que seu cálculo quântico não poderia ser realizado por um computador tradicional. Em uma postagem de blog, a IBM afirmou que o cálculo descrito pelos pesquisadores do Google poderia ser alcançado por um computador existente em menos de dois dias e meio, não 10.000 anos.

A propósito, a própria IBM anunciou um avanço na computação quântica na quinta-feira. Seus pesquisadores fizeram um grande avanço no controle do comportamento quântico de átomos individuais, demonstrando um novo e versátil bloco de construção para computação quântica, disse a IBM em seu site. O artigo foi publicado na revista Science. A pesquisa do Google aparece na Nature.

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Qual o proximo?

Os cientistas estão procurando melhorar seu trabalho, incluindo a detecção e correção de erros. A Universidade da Califórnia, em Santa Bárbara, observou que a pesquisa já alcançou uma ferramenta muito real para gerar números aleatórios. Os números aleatórios podem ser úteis em uma variedade de campos - incluindo a proteção de chaves criptografadas para descriptografia, o que pode ser um problema potencialmente espinhoso para os governos.

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Os computadores quânticos podem um dia resultar em enormes avanços na pesquisa científica e na tecnologia. Entre as áreas que podem ganhar estão a inteligência artificial e novas terapias medicamentosas. Tudo isso, porém, está muito longe.

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