O que é computação quântica e por que o Google alcançou um novo nível?

O CEO da Alphabet, Sundar Pichai, anunciou que o Google fez um importante progresso para tornar a computação quântica mais confiável. Em novo estudo publicado na Nature, a empresa diz que conseguiu reduzir a taxa de erros gerados por computadores quânticos – hoje, um dos maiores obstáculos dessa tecnologia.

A computação quântica é uma área recente que busca criar máquinas capazes de realizar cálculos complexos — de forma mais eficiente do que os computadores tradicionais.

Atualmente, a computação moderna é baseada na unidade de informação conhecida como “bit”. Ele é um sistema capaz de assumir uma única informação — como falso ou verdadeiro (ou 0 e 1) –, a partir da passagem da corrente elétrica por dispositivos semicondutores.

Por outro lado, os computadores quânticos se baseiam no comportamento que partículas de metais possuem em seu nível subatômico. A base para isso são os bits quânticos – também chamados de qubits –, para fazer o processamento computacional.

A vantagem dos qubits em relação aos bits convencionais é que eles não são limitados apenas aos estados 0 e 1. Os qubits suportam muitos estados ao mesmo tempo, o que significa multiplicar sua capacidade o seu processamento – a partir de um fenômeno da física quântica chamado de sobreposição.

Na prática, os qubits permitem que os computadores resolvam problemas complexos mais rapidamente, além de conduzir operações que não são possíveis com a computação clássica. Tal tecnologia tem potencial para revolucionar áreas como machine learning, criptografia e simulações com grandes bases de dados.

Contudo, cientistas e engenheiros ainda tentam resolver o problema com o fenômeno quântico conhecido como decoerência, que consiste na perda do estado quântico em qubits. Essa perda de informação pode ocorrer quando eles saem do seu estado quântico e entram em contato com o mundo exterior.

O bit quântico é tão frágil que ele pode ter seu estado quântico interrompido pela exposição à luz difusa, variação de temperatura ou mesmo vibração. Isso acaba gerando uma série de erros, o que leva a cálculos com resultados menos confiáveis.

Esse problema aumenta conforme os computadores quânticos crescem em tamanho.

O novo marco do Google

Segundo Pichai, os pesquisadores do projeto Google Quantum AI conseguiram demonstrar experimentalmente que é possível reduzir erros da computação quântica ao aumentar o número de qubits. O Sycamore, computador quântico do Google, consegue juntar 53 qubits. Já o Osprey, da IBM, usa uma técnica diferente para empilhar 433 qubits.

Para tal, em vez de trabalhar com qubits físicos em um processador quântico um por um, a empresa está tratando um grupo deles como um “qubit lógico”. Durante o estudo, um qubit lógico feito a partir de 49 qubits superou um construído por 17 qubits.

A ideia foi usar algoritmos de correção de erros quânticos para proteger a informação e codificando-a em vários qubits físicos para formar um “qubit lógico”. Esse sistema já havia sido teorizado na década de 1990. No entanto, as tentativas anteriores apenas geravam ainda mais erros.

“Nossa descoberta representa uma mudança significativa na forma como operamos os computadores quânticos… Ao codificar números maiores de qubits físicos em nosso processador quântico em um qubit lógico, esperamos reduzir as taxas de erro para permitir algoritmos quânticos úteis”, explica o CEO do Google em comunicado.

Em entrevista, o coautor do estudo, Julian Kelly, reforçou que a correção de erros quânticos será a tecnologia mais importante da computação quântica. Porém, ele reconhece que os resultados ainda não são bons o suficiente, demandando ainda “mais etapas por vir”, antes de chegar a uma “taxa de erro absolutamente baixa”.

Outras companhias, como a IBM, também estão desenvolvendo seus próprios computadores quânticos. Porém, o atual avanço do Google pode colocar a empresa em uma posição de vantagem em relação aos seus concorrentes.

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