China aposta sua supremacia quântica

O Google alardeava seu computador quântico que superava um supercomputador convencional. Um grupo chinês diz que fez o mesmo, com tecnologia diferente.

12.03.2020 14:00

Universidade de Ciência e Tecnologia da China em Hefei, sede de um grupo de pesquisa de computação quântica. FOTOGRAFIA: IMAGINECHINA LIMITED / ALAMY

ANO PASSADO A GOOGLE ganhou aclamação internacional quando seu protótipo de computador quântico concluiu um cálculo em minutos que seus pesquisadores estimaram que levaria em um supercomputador, algo em torno de 10 mil anos. Isso atendeu à definição de supremacia quântica - o momento em que uma máquina quântica faz algo impraticável para um computador convencional.

Na quinta-feira, o principal grupo de pesquisa quântica da China fez sua própria declaração de supremacia quântica na revista Science . Um sistema chamado Jiuzhang produziu resultados em minutos calculados para levar mais de 2 bilhões de anos de esforço pelo terceiro supercomputador mais poderoso do mundo.

Os dois sistemas funcionam de maneira diferente. O Google constrói circuitos quânticos usando metal supercondutor e superfrio, enquanto a equipe da Universidade de Ciência e Tecnologia da China, em Hefei, registrava seu resultado manipulando fótons, partículas de luz.

Nenhum computador quântico está pronto para fazer um trabalho útil. Mas as indicações de que duas formas fundamentalmente diferentes de tecnologia podem superar os supercomputadores irão impulsionar as esperanças - e os investimentos - da indústria embrionária . Chao-Yang Lu, professor de física da Universidade de Ciência e Tecnologia que trabalhou no projeto, chama o marco de "um passo necessário" em direção a um "computador quântico tolerante a falhas em grande escala".

O Google e rivais, incluindo IBM , Microsoft , Amazon , Intel e várias grandes startups , gastaram pesadamente no desenvolvimento de hardware de computação quântica nos últimos anos. O Google e a IBM oferecem acesso aos seus protótipos mais recentes pela Internet, enquanto as plataformas de nuvem da Microsoft e da Amazon hospedam cada uma uma miscelânea de hardware quântico de outros, incluindo a Honeywell.

O poder potencial dos computadores quânticos brota de seus blocos de construção básicos, chamados de qubits. Como os bits de computadores convencionais, eles podem representar 0s e 1s de dados; mas os qubits também podem explorar a mecânica quântica para atingir um estado incomum chamado de superposição que encapsula as possibilidades de ambos. Com qubits suficientes, é possível pegar atalhos computacionais que os computadores convencionais não podem - uma vantagem que cresce à medida que mais qubits trabalham juntos.

Os computadores quânticos ainda não governam o mundo, porque os engenheiros não foram capazes de fazer com que qubits funcionassem juntos de maneira confiável o suficiente. Os efeitos da mecânica quântica de que dependem são muito delicados. O Google e o grupo chinês foram capazes de realizar seus experimentos de supremacia porque conseguiram encurralar qubits em números relativamente grandes.

O experimento do Google usou um chip supercondutor chamado Sycamore com 54 qubits, resfriado a frações de um grau acima do zero absoluto. Um qubit não funcionou, mas os 53 restantes foram suficientes para demonstrar supremacia sobre os computadores convencionais em um problema estatístico cuidadosamente escolhido. Não está claro quantos qubits de boa qualidade são necessários para que um computador quântico faça um trabalho útil; as estimativas de especialistas variam de centenas a milhões.

A equipe chinesa também usou um teste estatístico para afirmar sua alegação de superioridade quântica, mas seus portadores de dados quânticos assumem a forma de fótons viajando através de circuitos ópticos dispostos em uma bancada de laboratório, guiados por espelhos. Cada fóton lido no final do processo pode ser considerado aproximadamente equivalente à leitura de um qubit em um processador como o do Google, revelando o resultado de um cálculo.

Os pesquisadores relataram medir até 76 fótons da máquina Jiuzhang, mas tiveram uma média mais modesta de 43. Os membros escreveram um código para simular o trabalho do sistema quântico no Sunway TaihuLight, o supercomputador mais poderoso da China e o terceiro mais rápido do mundo, mas não conseguiu chegar perto. Os pesquisadores calculam que o supercomputador teria levado mais de 2 bilhões de anos para fazer o que Jiuzhang fez em pouco mais de 3 minutos.

A equipe chinesa foi liderada por Jian-Wei Pan, cuja equipe de pesquisa considerável se beneficiou de um esforço do governo chinês para ser mais proeminente na tecnologia quântica. Suas realizações incluem a demonstração do uso da criptografia quântica em distâncias recordes, incluindo o uso de um satélite especialmente projetado para comunicações quânticas para proteger uma chamada de vídeo entre a China e a Áustria . A criptografia enraizada na mecânica quântica é teoricamente inquebrável, embora na prática ainda possa ser subvertida .

“É um marco na computação quântica fotônica, mas também é bom para todos nós.”

CHRISTIAN WEEDBROOK, CEO E FUNDADOR, XANADU

Uma diferença entre Jiuzhang e Sycamore do Google é que o protótipo fotônico não é facilmente reprogramável para executar cálculos diferentes. Suas configurações foram efetivamente codificadas em seus circuitos ópticos. Christian Weedbrook, CEO e fundador da Xanadu, startup de computação quântica de Toronto, que também está trabalhando em computação quântica fotônica, diz que o resultado ainda é notável como um lembrete de que existem vários caminhos viáveis ​​para fazer o trabalho de processamento quântico de números. “É um marco na computação quântica fotônica”, diz ele, “mas também é bom para todos nós”.

Várias formas diferentes de hardware quântico estão sendo desenvolvidas na academia e na indústria. Qubits baseados em circuitos supercondutores são os mais proeminentes, em parte graças aos pesados ​​investimentos do Google e da IBM. Computadores quânticos feitos de qubits baseados em átomos individuais levitados em campos elétricos, chamados de armadilhas de íons, são oferecidos pela gigante industrial Honeywell e startups, incluindo IonQ, e estão disponíveis através dos serviços de nuvem da Amazon e da Microsoft.

Weedbrook, que colocou seus primeiros protótipos online para os primeiros clientes em setembro com até 12 qubits, diz que sua equipe pode fazer dispositivos mais flexíveis do que Jiuzhang e acredita que os computadores quânticos fotônicos logo poderão se equiparar a outras formas. Eles têm a vantagem de usar os mesmos componentes usados ​​em muitas redes de telecomunicações.

Lu, da equipe da China, diz que também está trabalhando em versões maiores e mais ajustáveis ​​do Jiuzhang. Outros pesquisadores mostraram que a operação usada no experimento de supremacia do grupo poderia ser adaptada para estudar propriedades de moléculas ou resolver problemas envolvendo gráficos matemáticos, que surgem em áreas como transporte e redes sociais.

Os defensores da computação quântica fotônica e das armadilhas iônicas dizem que suas tecnologias deveriam ser mais fáceis de escalar do que os chips supercondutores preferidos pela IBM e pelo Google, porque eles não precisam construir seus dispositivos dentro de geladeiras ultracold. No entanto, ninguém sabe ao certo qual forma de computação quântica se provará útil primeiro. “Todos nós temos prós e contras”, diz Weedbrook.