Por Adrian Cho
Publicado na Science
Por 20 anos, cientistas e engenheiros têm dito que “algum dia” eles construirão um computador quântico completo, capaz de realizar cálculos úteis que sobrecarregariam qualquer supercomputador convencional. Mas as máquinas atuais contêm apenas algumas dezenas de bits quânticos, ou qubits, o que é muito pouco para fazer algo surpreendente. Hoje, a IBM tornou suas aspirações mais concretas ao anunciar publicamente um “roteiro” para o desenvolvimento de seus computadores quânticos, incluindo a ambiciosa meta de construir um contendo 1000 qubits até 2023. O maior computador quântico atual da IBM, revelado este mês, contém 65 qubits.
“Estamos muito entusiasmados”, disse Prineha Narang, cofundadora e diretora de tecnologia da Aliro Quantum, uma startup especializada em codificação que auxilia softwares de nível superior a rodarem com eficiência em diferentes computadores quânticos. “Não sabíamos as metas e os números específicos que eles anunciaram”, diz ela. O plano inclui a construção de máquinas de tamanho intermediário de 127 e 433 qubits em 2021 e 2022, respectivamente, e prevê seguir até o desenvolvimento de uma máquina de um milhão de qubits em alguma data não especificada. Dario Gil, diretor de pesquisa da IBM, diz estar confiante de que sua equipe poderá cumprir o cronograma. “Um roteiro é mais do que um plano e uma apresentação em PowerPoint”, diz ele. “É a execução”.
A IBM não é a única empresa com um roteiro para construir um computador quântico completo – uma máquina que se aproveitaria das estranhas regras da mecânica quântica para passar por certos cálculos que simplesmente sobrecarregam os computadores convencionais. Pelo menos em termos de relações públicas, a IBM tem tentado alcançar o Google, que há 1 ano ganhou as manchetes quando a empresa anunciou que seus pesquisadores usaram seu computador quântico de 53 qubit para resolver um problema abstrato específico que eles alegaram que sobrecarregaria qualquer computador convencional – alcançando um marco histórico conhecido como supremacia quântica. O Google tem seu próprio plano de construir um computador quântico de um milhão de qubit dentro de 10 anos, como Hartmut Neven, que lidera o projeto de computação quântica do Google, explicou em uma entrevista em abril, embora ele se recusou a revelar um cronograma específico para avançar no empenho coletivo.
A linha do tempo revelada pela IBM vem com um risco óbvio de que todos saberão se ela não conseguir efetivar as metas históricas. Mas a empresa decidiu revelar seus planos para que seus clientes e colaboradores soubessem o que esperar. Dezenas de empresas iniciantes de computação quântica usam as máquinas atuais da IBM para desenvolver seus próprios produtos de software, e conhecer as metas da IBM deve ajudar os desenvolvedores a adequar melhor seus esforços ao hardware, diz Gil.
Uma empresa que se junta a esses esforços é a Q-CTRL, que desenvolve softwares para otimizar o controle e o desempenho dos qubits individuais. O anúncio da IBM mostra aos capitalistas de risco que a empresa leva a sério o desenvolvimento da tecnologia desafiadora, diz Michael Biercuk, fundador e CEO da Q-CTRL. “É relevante para convencer os investidores de que este grande fabricante de hardware está pressionando muito a cumprirem metas e investindo recursos significativos”, diz ele.
Uma máquina de 1000 qubit é um marco particularmente importante no desenvolvimento de um computador quântico completo, dizem os pesquisadores. Essa máquina ainda teria uma capacidade 1000 vezes menor para atingir todo o potencial da computação quântica – como quebrar os atuais esquemas de criptografia da Internet – mas seria grande o suficiente para detectar e corrigir a miríade de erros que normalmente atormentam os delicados bits quânticos.
Um bit em um computador comum é um interruptor elétrico que pode ser definido como zero ou um. Em contraste, um qubit é um dispositivo quântico – nas máquinas da IBM e do Google, cada um é um minúsculo circuito de metal supercondutor resfriado a quase zero absoluto – que pode ser definido como zero, um ou, graças às estranhas regras da mecânica quântica, zero e um ao mesmo tempo. Mas a mais leve interação com o ambiente tende a distorcer esses delicados estados que seguem uma via de mão dupla, então os pesquisadores desenvolveram protocolos de correção de erros para espalhar informações normalmente codificadas em um único qubit físico para vários deles de uma forma que o estado dessee “qubit lógico” pode ser mantido indefinidamente.
Com sua máquina planejada de 1121 qubit, os pesquisadores da IBM seriam capazes de manter um punhado de qubits lógicos e fazê-los interagir, diz Jay Gambetta, um físico que lidera um dos projetos de computação quântica da IBM. Isso é exatamente o que será necessário para começar a fazer um computador quântico completo com milhares de qubits lógicos. Tal máquina marcaria um “ponto de inflexão” no qual o foco dos pesquisadores alteraria de reduzir a taxa de erro nos qubits individuais para otimizar a arquitetura e o desempenho de todo o sistema, diz Gambetta.
A IBM já está preparando um refrigerador jumbo de hélio líquido, ou criostato, para esfriar um computador quântico com 1 milhão de qubits. O roteiro da IBM não especifica quando tal máquina poderia ser construída. Mas se os pesquisadores da empresa realmente puderem construir um computador de 1000 qubit nos próximos 2 anos, esse objetivo final parecerá muito menos fantástico do que agora.
