Entramos em uma nova era da computação quântica

Um processador IBM de 16 qubit (Imagem: IBM Q Research / Flickr)

A computação quântica pode estar nascendo, mas os avanços recentes nos trouxeram a uma nova era. E cada nova era precisa de um nome. Portanto, quando os futuros historiadores da computação olharem para trás, para a era que começou por volta de 2017, eles terão uma palavra para descrevê-la: a era NISQ.

A era NISQ, ou era da tecnologia quântica de escala intermediária barulhenta, é um termo cunhado por John Preskill na conferência Quantum Computing for Business (Q2B) do mês passado realizada na NASA Ames na Califórnia. Líderes de negócios de empresas da Fortune 500 se reuniram com especialistas em computação quântica (e me viram moderar um painel) para aprender como e quando eles devem esperar que os computadores quânticos tenham aplicativos úteis do mundo real. Preskill publicou agora um artigo baseado em sua palestra Q2B sobre o que esta era “NISQ” implica.

Em uma frase: “Os computadores quânticos com 50-100 qubits podem ser capazes de realizar tarefas que ultrapassam as capacidades dos computadores digitais clássicos de hoje, mas o ruído nas portas quânticas limitará o tamanho dos circuitos quânticos que podem ser executados de forma confiável”, escreve Preskill . Vamos explicar o que isso significa.

Computadores quânticos são computadores que resolvem problemas com base em uma arquitetura totalmente diferente dos computadores normais. Computadores regulares ou clássicos resolvem problemas traduzindo dados em bilhões e bilhões de “bits” interativos, ou sistemas físicos que representam dois estados diferentes, como interruptores liga-desliga que dependem de outros interruptores liga-desliga. Em vez disso, os computadores quânticos usam qubits, ou bits quânticos, que equivalem a alguma probabilidade de zero e um simultaneamente enquanto a computação está ocorrendo. Os Qubits conversam entre si durante uma computação usando as regras da mecânica quântica, com conceitos como “interferência quântica” e “ emaranhamento quântico. ”Um tipo de computação quântica se parece com moedas lançadas amarradas.

O Google declarará em breve que alcançou a " supremacia quântica ", um termo que o próprio Preskill cunhou em 2012 . Isso significa que eles construirão um computador quântico que pode resolver um problema específico de forma marcante mais rápido do que um computador normal. Isso exigiria cerca de 50 qubits, e os computadores clássicos atuais não seriam capazes de simular tal computador quântico. Mas ainda existem vários desafios para que a computação quântica se torne verdadeiramente revolucionária.

Então, qual é a era NISQ em que entramos? Preskill explicou que esses computadores quânticos terão entre 50 e algumas centenas de qubits. Mas esses qubits serão barulhentos - eles podem rapidamente se transformar em bits regulares ou retornar um valor incorreto. “O ruído colocará sérias limitações no que os dispositivos quânticos podem alcançar no curto prazo”, escreve Preskill.

Preskill (reconhecidamente ingenuamente) assume que até que exista algum tipo de correção de erro quântico permitindo qubits e interações de qubit robustos, os computadores quânticos da era NISQ não serão capazes de executar circuitos com muito mais de 1.000 operações de dois qubit. Então, ainda existem erros na capacidade desses computadores de ler a resposta final e questões sobre como aumentar a escala dos computadores quânticos.

Qual será a utilidade dos computadores quânticos nesta era NISQ, então? E o mais importante, eles serão capazes de simular as interações de muitas partículas melhor do que os computadores clássicos. “Insights valiosos já podem ser obtidos usando dispositivos barulhentos [com cerca de] 100 qubits”, explica Preskill.

Também descobriremos se eles podem resolver problemas de otimização melhor do que os computadores normais. Esses tipos de problemas são basicamente encontrar a melhor solução para uma coisa complexa, como enviar uma frota de táxis para a estrada sem que seus caminhos se cruzem. Também descobriremos se o computador quântico especializado de onda D, chamado de annealer quântico, é mais rápido do que um computador clássico para resolver esses tipos de problemas.

É menos provável, mas possível, que vejamos vantagens no aprendizado profundo da máquina, uma forma de inteligência artificial. Mas é improvável que vejamos criptografia resistente ao quantum ou redes de computadores quânticos no curto prazo.

Pelo que vale a pena, as pessoas parecem pensar que a palestra de Preskill foi muito boa. Scott Aaronson, cientista da computação teórica na Universidade do Texas em Austin, escreveu em seu blog: “Alguma vez você gostaria de ter algo ainda melhor do que um clone: ou seja, alguém que escreve exatamente o que você teria queria escrever, em um as pessoas ficam pedindo para você escrever, mas dez vezes melhor do que você teria escrito? ”

Você deve ler a palestra de Preskill porque é voltada para pessoas com apenas um conhecimento introdutório de computadores quânticos. Mas, em resumo, a era NISQ é simplesmente uma era em que computadores quânticos desajeitados fazem coisas que os computadores clássicos não conseguem. Esses computadores quânticos ainda têm muitas desvantagens para torná-los revolucionários; como o próprio Preskill escreve, pode levar várias décadas até que os computadores quânticos tenham “efeitos transformadores na sociedade”.

Até então, pesquisadores e empresas continuarão a encontrar maneiras de tornar seus qubits mais resilientes e escalar seus computadores, os matemáticos continuarão procurando algoritmos onde os computadores quânticos mostram um benefício e os físicos usarão essas máquinas para fazer melhores simulações. E vai dar trabalho para nos levar para a próxima era. Preskill conclui:

[ arXiv via Shtetl otimizado ]

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