A era da computação quântica

Imagine um computador que poderia quebrar a rede mais sofisticada em apenas alguns segundos. Que modele perfeitamente sistemas climáticos e biológicos complexos. O que você poderia fazer com esse poder computacional?

Imagine um computador que poderia quebrar a rede mais sofisticada em apenas alguns segundos. Que modele perfeitamente sistemas climáticos e biológicos complexos. O que você poderia fazer com esse poder computacional? Inventar novos medicamentos? Fazer simulações de múltiplos universos? Que tal otimizar seu portfólio de investimentos?

Este cenário de ficção científica está muito mais perto do que você imagina da realidade. Recentemente, o Google fez um anúncio monumental da “supremacia quântica”, concluindo um cálculo que normalmente levaria 10.000 anos nos supercomputadores mais poderosos, em apenas 200 segundos.

Enquanto isso, empresas como a Rigetti, estão nos aproximando cada vez mais do quantum democratizado na nuvem. Mas o que exatamente é a computação quântica? Um computador quântico opera de maneira fundamentalmente diferente de um computador clássico.

Na computação clássica, um “bit” é um pequeno pedaço de informação binária, um ou um zero. Já um “qubit” – ou um bit quântico – é a versão mais recente dessa ideia. Ao contrário dos bits binários, que são um cenário de ou / ou, os qubits utilizam “superposição”, o que lhes permite estar em vários estados ao mesmo tempo.

Pense nas duas opções de jogar uma moeda: cara ou coroa. Agora pense em uma moeda giratória – em que os dois estados piscam ao mesmo tempo. Isso é superposição. E superposição significa poder. Muito poder.

Enquanto um computador clássico exige milhares de etapas para resolver um problema difícil, um computador quântico pode realizar a mesma tarefa em apenas duas ou três etapas. Para colocar isso em perspectiva, o Deep Blue da IBM conseguiu vencer o campeão mundial Gary Kasparov no xadrez, examinando 200 milhões de jogadas por segundo. Mas uma máquina quântica pode aumentar isso em um trilhão ou mais.

Usando uma máquina chamada Sycamore da Google com um chip composto por 53 qubits, a equipe de pesquisadores da empresa conseguiu executar uma tarefa chamada amostragem de circuito aleatória. Isso implicou na execução de operações aleatórias nos qubits, “literalmente como se o código do programa deles fosse escolhido aleatoriamente”, conforme explicado pelo cientista da computação Bill Fefferman, da Universidade de Chicago.

Os valores de todos os qubits foram medidos em um processo que foi repetido várias vezes e o Sycamore levou 200 segundos para repetir o processo de amostragem um milhão de vezes, enquanto que um supercomputador clássico de primeira linha levaria cerca de 10.000 anos para concluir o mesmo processo.

Mas a Google está longe de estar sozinha na corrida à supremacia quântica escalável. Nos arredores de Berkeley, dentro de um grande armazém, encontra-se um grande artefato branco. É uma engenhoca feita pelo homem, um refrigerador criogênico de próxima geração resfriado a 0,003 Kelvin. O artefato pertence à Rigetti Computing, um concorrente da Google com o objetivo de construir computadores quânticos úteis.

A empresa começou em 2013, quando um físico chamado Chad Rigetti decidiu que os computadores quânticos estavam muito mais próximos do horário nobre do que muitos suspeitavam, e que ele queria ser o único a impulsionar a tecnologia na linha de chegada. Em busca de sua visão, Rigetti deixou um emprego confortável como pesquisador quântico na IBM, para levantar mais de US$ 119 milhões em financiamento para construir o artefato mais frio da história. Rigetti agora fabrica circuitos quânticos integrados que estão diretamente ligados a um computador quântico na nuvem.

Um dos maiores e mais empolgantes aspectos de Rigetti, no entanto, é o esforço dele em direção à democratização da computação quântica. No momento, se você for ao site de Rigetti (www.rigetti.com), poderá fazer o download do Forest, o kit de desenvolvedor quântico deles. O kit fornece uma interface amigável ao mundo quântico. Com ele, quase qualquer um pode escrever um programa e executá-lo no computador de trinta e dois qubit de Rigetti. Até o momento, mais de 120 milhões de programas já foram executados.

Outras empresas também estão seguindo rapidamente o exemplo, já que Microsoft, IBM e Google lançaram serviços de nuvem quântica. O anúncio do Google causou um grande alvoroço na comunidade de computação quântica. De fato, a própria noção de “supremacia quântica” está sob escrutínio. A “supremacia” implica que os computadores quânticos substituirão a computação tradicional, em vez de servir como um complemento.

Por outro lado, outro termo frequentemente usado (proposto pela Rigetti) é “vantagem quântica”. Segundo a empresa, esse conceito é demonstrado quando um algoritmo executado em uma plataforma de computação quântica “tem um tempo de solução mais rápido, uma solução de melhor qualidade, ou um menor custo da computação clássica em comparação com o melhor algoritmo clássico “.

Em ambos os casos, a computação quântica oferece enormes vantagens quantitativas sobre os computadores clássicos em vários domínios problemáticos. Para se ter uma ideia de escala: se todos os átomos do universo fossem capazes de armazenar um pouco de informação, um computador de oitenta qubit teria mais capacidade de armazenamento de informações do que todos os átomos do universo.

E já os atuais computadores quânticos de ponta, incluindo o Sycamore da Google e o Q53 da IBM, atingiram 53 qubits. Ainda hoje, não temos uma ideia concreta de quais inovações podem surgir quando a computação quântica amadurecer em escala. Mas o que sabemos é tentador. Como a química e a física são processos quânticos, a computação em qubits dará início ao que Simon Benjamin, de Oxford, chama de “uma era de ouro da descoberta de novos materiais, novos produtos químicos e novos medicamentos”.

Serão descartadas as restrições da computação atual e a computação quântica transformará fundamentalmente a segurança cibernética, permitindo simular sistemas de complexidade sem precedentes. Digamos que você esteja tentando criar um novo medicamento contra o câncer. Em vez de construir um laboratório úmido em larga escala para explorar as propriedades de centenas de milhares de compostos em tubos de ensaio, você poderá fazer grande parte dessa exploração dentro de um computador. Em outras palavras, a lacuna entre a questão experimental e qualquer nova solução – seja um novo medicamento, um novo material otimizado ou um novo produto personalizado – está prestes a se tornar muito menor.

Prepare-se. A era da computação quântica democratizada, escalável e acessível em nuvem está apenas começando.

*Juan Pablo D. Boeira é CPO do Innovation Center, Mestre e Doutorando em Design Estratégico e Inovação pela UNISINOS e Professor de Inovação e Tópicos Avançados de Marketing na UNISINOS E ESPM

Fonte: Época Negócios