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Computação Quântica é uma realidade perigosa?

Fonte: Peter Diamandis

Sinal: Fraco

Tendência: Computação Quântica





Uma das maiores barreiras que se colocam no caminho dos computadores quânticos úteis é o quão propensos a erros os dispositivos de hoje são.


Por que isso importa?


Porque a criação de computadores quânticos confiáveis ​​e bem-sucedidos nos permitirá controlar melhor os blocos de construção da vida e do universo.


Por exemplo, as simulações de química quântica serão a maneira como projetamos e escolhemos nossas próximas gerações de medicamentos e curas de câncer.


Mas um obstáculo significativo que impede esse futuro é a natureza propensa a erros da classe atual de computadores quânticos.


É por isso que a recente demonstração experimental do Google de como corrigir esse problema e aumentá-lo para dispositivos muito maiores é uma notícia tão importante. Acompanhar os últimos desenvolvimentos em computação avançada é o foco principal do meu programa de coaching Abundance360 durante todo o ano.


No blog de hoje, discutiremos os detalhes da demonstração do Google e o que isso significa para o campo de rápido desenvolvimento da computação quântica.


Vamos mergulhar ...



O PROBLEMA DE ERROS NA COMPUTAÇÃO QUÂNTICA


O poder dos computadores quânticos vem de sua capacidade de manipular estados quânticos exóticos, mas esses estados são muito frágeis e facilmente incomodados por fontes de ruído, como calor ou campos eletromagnéticos.


Isso pode introduzir erros nos cálculos, e é amplamente aceito que a correção de erros precisará ser incorporada a esses dispositivos antes que eles sejam capazes de realizar qualquer trabalho sério.


O problema é que a maneira mais óbvia de verificar se há erros está fora dos limites para um computador quântico.


Ao contrário dos bits binários normais, os qubits no coração de um computador quântico podem existir em um estado conhecido como superposição, onde seu valor pode ser 0 e 1 simultaneamente. Qualquer tentativa de medir o qubit causa o colapso deste estado para 0 ou 1, descarrilando qualquer cálculo em que esteja envolvido.


Para contornar esse problema, os cientistas se voltaram para outro fenômeno quântico chamado emaranhamento, que liga intrinsecamente o estado de dois ou mais qubits. Isso pode ser usado para agrupar muitos qubits para criar um “qubit lógico” que codifica uma única superposição. Em teoria, isso torna possível detectar e corrigir erros em qubits físicos individuais sem que o valor geral do qubit lógico seja corrompido.


Para detectar esses erros, os chamados "qubits de dados" que codificam a superposição também são emaranhados com outros conhecidos como "qubits de medida". Ao medir esses qubits, é possível descobrir se os qubits de dados adjacentes experimentaram um erro, que tipo de erro é e, em teoria, corrigi-lo, tudo sem realmente ler seu estado e perturbar a superposição do qubit lógico.


Embora essas ideias não sejam novas, implementá-las até agora tem se mostrado ilusório e ainda há alguns pontos de interrogação sobre a eficácia do esquema.


O QUE A DEMONSTRAÇÃO DO GOOGLE MOSTRA


O Google agora demonstrou a abordagem em seu processador quântico Sycamore de 52 qubit e mostrou que deve ser ampliado para ajudar a construir os computadores quânticos tolerantes a falhas do futuro.


A criação de um qubit lógico depende do que é conhecido como código estabilizador, que realiza as operações necessárias para vincular os vários qubits físicos e verificar periodicamente se há erros.


Em seu artigo na revista Nature, os pesquisadores do Google descrevem como testaram dois códigos diferentes: um que criou uma longa cadeia de qubits de dados e qubits de medida alternados e outro que criou uma rede 2D dos dois tipos diferentes.


A equipe começou a implementar o código linear com 5 qubits físicos e, em seguida, escalou-o gradualmente para 21. Crucialmente, pela primeira vez, eles demonstraram que adicionar mais qubits resultou em um aumento exponencial na capacidade de suprimir erros, o que sugere o período de tempo um qubit lógico pode ser mantido deve aumentar significativamente conforme o número de qubits disponíveis aumenta.


No entanto, ainda há um longo caminho a percorrer. Para começar, eles apenas detectaram erros e não testaram o processo de correção de qubits rebeldes. E embora o código linear possa detectar os dois tipos principais de erro - mudanças de bit e mudanças de fase - ele não pode fazer os dois ao mesmo tempo.


O segundo código que eles testaram é capaz de detectar os dois tipos de erros, mas é mais difícil mapear essas detecções para correções. Essa configuração também é mais suscetível a erros, e o desempenho dos qubits físicos terá que melhorar antes que essa abordagem seja capaz de demonstrar a supressão de erros.


PARA ONDE VAMOS DAQUI?


Essa abordagem baseada em rede foi um teste em pequena escala do "código de superfície" que o Google acredita que resolverá a correção de erros em futuros computadores quânticos de grande escala.


E embora ainda não esteja lá, os pesquisadores dizem que está perto do limite onde a supressão de erros se torna possível.


Eles concluem apontando que a comunicação quântica prática

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