O Google anunciou recentemente um grande avanço na área da computação quântica, atraindo grande atenção da comunidade tecnológica global. Seu mais recente chip de IA quântico resolveu uma equação em apenas 5 minutos, uma tarefa que levaria um computador comum um quatrilhão de anos para concluir. Essa diferença de velocidade impressionante é suficiente para surpreender qualquer pessoa.
Gargalos e Avanços na Computação Quântica
Embora a computação quântica soe futurista e sofisticada, ela enfrenta problemas de instabilidade há muito tempo. Partículas minúsculas não seguem as regras dos objetos cotidianos, e até mesmo os chips mais avançados podem falhar devido a pequenas interferências em seu estado frágil. Por décadas, pesquisadores tentaram usar essa instabilidade para realizar cálculos, mas foram limitados pela rápida acumulação de erros, difíceis de corrigir.
Observação da imagem: Imagem gerada por IA, provedor de licenças de imagem Midjourney
A tecnologia de correção de erros quânticos oferece uma possível solução, mas ela própria é complexa. Requer a propagação de informações entre vários qubits (unidades básicas de dados quânticos), algo teoricamente simples, mas na prática um desafio complexo. Se muitos qubits estiverem envolvidos, é difícil manter a taxa de erro abaixo de um limite crítico.
Até recentemente, ninguém havia conseguido provar que, para códigos projetados especificamente para escalabilidade, a taxa de erro poderia ser reduzida abaixo do ponto crítico. A nova arquitetura de chip quântico do Google mudou isso.
O Desempenho Impressionante do Chip "Willow"
Hartmut Neven, fundador do laboratório de IA quântica do Google e cientista quântico, chamou o desempenho do chip "Willow" de "impressionante". Ele acrescentou que os resultados de computação de alta velocidade "confirmam a visão de que a computação quântica ocorre em muitos universos paralelos". Neven também mencionou o físico da Universidade de Oxford, David Deutsch, cuja teoria sugere que o desenvolvimento bem-sucedido de computadores quânticos pode apoiar a "interpretação de muitos mundos" da mecânica quântica e a existência de um multiverso.
Deutsch é pioneiro em computação quântica desde a década de 1970, e sua pesquisa na área visa, em grande parte, verificar sua teoria do multiverso.
O Conceito de Universos Paralelos
Universos paralelos, também conhecidos como universos alternativos ou multiverso, referem-se à possibilidade de outras realidades existentes simultaneamente ao nosso próprio universo. Imagine nosso universo como apenas uma bolha em uma vasta espuma cósmica, cada bolha sendo um universo diferente, com suas próprias leis físicas, história e até mesmo versões diferentes de nós mesmos.
Os cientistas exploram esse conceito por meio de teorias como o multiverso, que sugere que podem existir inúmeros outros universos, cada um com seu próprio conjunto de possibilidades. Embora ainda não tenhamos encontrado evidências concretas de universos paralelos, a ideia gera discussões interessantes sobre a natureza da realidade e coisas além do que vemos e entendemos atualmente.
Controvérsia e Elogios Coexistem
No entanto, Ethan Siegel, escritor e astrofísico, discorda da visão do Google. Ele acusa o Google de "confundir conceitos não relacionados, algo que Neven deveria saber".
Siegel explica que Neven confunde o espaço matemático em que ocorre a mecânica quântica com o conceito de universos paralelos e multiverso. De acordo com Siegel, mesmo que os computadores quânticos sejam bem-sucedidos, eles não podem provar a existência de universos paralelos.
Apesar das divergências, Siegel ainda elogia a conquista do Google com o chip "Willow", chamando-o de "um avanço verdadeiramente excepcional no campo da computação quântica". Ele acredita que essa descoberta pode ajudar a resolver alguns dos grandes problemas da Terra, como a descoberta de novos medicamentos, o design de baterias melhores para veículos elétricos e o avanço da fusão e de novas energias.
Neven também expressa o mesmo otimismo, dizendo: "Muitos desses aplicativos transformadores do futuro são inviáveis em computadores tradicionais; eles estão esperando para serem desbloqueados pela computação quântica."
A Inovação Tecnológica do Chip "Willow"
O chip "Willow" é o mais recente processador supercondutor projetado pela equipe de IA quântica do Google. Diferentemente dos dispositivos mais antigos, que tinham dificuldades para controlar erros, o "Willow" leva o desempenho a um novo nível, suportando tecnologias projetadas para que a correção de erros quânticos realmente cumpra sua promessa.
O sistema atende às condições de um método específico conhecido como "código de superfície". Tentativas anteriores encontraram obstáculos ao adicionar mais qubits, mas o "Willow" superou esse obstáculo.
Distância do Código e Correção de Erros Quânticos
As estruturas de correção de erros quânticos frequentemente mencionam algo chamado "distância do código". Simplificando, isso representa o número de qubits usados para proteger um bloco de dados quânticos. Se certas condições forem atendidas, uma distância maior (por exemplo, de uma distância de código de 3 para 5 e depois para 7) deve reduzir a probabilidade geral de falhas.
No novo dispositivo, a cada aumento de nível de distância, a taxa de erro lógico é reduzida pela metade. Essa melhoria tem sido um objetivo principal dos pesquisadores de computação quântica por muito tempo.
De acordo com os resultados da pesquisa publicados, Hartmut Neven, fundador do laboratório de IA quântica do Google e cientista quântico, disse que "o 'Willow' concluiu um cálculo de benchmark padrão em cinco minutos, enquanto um dos supercomputadores mais rápidos de hoje levaria 10 sextilhões de anos para concluir".
Desempenho Sustentável e Correção de Erros em Tempo Real
Testes que rodam apenas alguns ciclos podem não revelar toda a história sobre a estabilidade do sistema. O novo chip quântico do Google supera esse problema elevando o desempenho a um milhão de ciclos. O dispositivo mantém seu desempenho abaixo do limite em escalas de tempo que normalmente sobrecarregariam outros sistemas. Manter a precisão da decodificação em tempo real por tanto tempo não é fácil.
A equipe por trás do "Willow" organizou suas operações para que as correções possam ser aplicadas instantaneamente. Esse método garante que o chip não saia dos trilhos.
Sundar Pichai, CEO do Google, disse: "Acreditamos que o 'Willow' é um passo importante em nossa jornada para construir computadores quânticos úteis."
Superando os Gargalos Tradicionais
Os supercomputadores tradicionais usam bilhões de minúsculas chaves que funcionam de maneira bem compreendida para lidar com tarefas complexas. Em contraste, os computadores quânticos utilizam fenômenos que não podem ser reduzidos a atalhos clássicos. Até agora, o problema sempre foi como manter os estados quânticos delicados vivos o suficiente para realizar cálculos significativos.
Com o "Willow", a equipe mostrou que os qubits podem trabalhar em conjunto de uma forma que os erros não saiam do controle. A demonstração mostra que os chips quânticos podem se mover em direção a cálculos que vão além do que os sistemas tradicionais podem lidar.
O Futuro da Computação Quântica
O objetivo do Google é usar hardware que passe nesses rigorosos testes de confiabilidade para provar que a computação quântica não ficará para sempre na fase de problemas de brinquedo.
Aumentar a distância do código sem perder a capacidade de correção de erros sugere que um grande número de qubits pode um dia alimentar algoritmos relacionados a tarefas reais, como acelerar simulações complexas, melhorar os processos de descoberta de medicamentos e explorar novos materiais para armazenamento de energia.
O sucesso do "Willow" em atingir taxas de erro abaixo do limite por um longo período pode encorajar os esforços de indústrias que esperam por evidências convincentes de que o hardware quântico se tornará uma ferramenta confiável.
Quando a correção de erros se tornar rotineira, o objetivo da correção de erros quânticos nunca foi eliminar completamente os erros, mas torná-los tão raros que a máquina possa executar cálculos até o fim.
Se os designs futuros forem construídos com base na estabilidade e escalabilidade do "Willow", talvez um dia essa correção de erros aconteça nos bastidores, invisível para o usuário. Alcançar esse nível de tolerância a falhas permitiria que os computadores quânticos processassem cargas de trabalho muito além do alcance do hardware clássico. Isso revela caminhos práticos para escalar essas máquinas incríveis.
Colaboração Global Impulsionando a Correção de Erros Quânticos
Os esforços do Google Quantum AI e outros grupos globais não são isolados. O campo da correção de erros quânticos atrai muitos pesquisadores que buscam caminhos para dispositivos práticos.
Na última década, pesquisas mostraram a importância de certos designs de rede e qubits lógicos dispostos em layouts cuidadosos. O "Willow" agora mostra que, com a arquitetura de chip correta e esquemas de correção de erros, o limite pode ser superado.
Isso aproxima todo o campo da construção de máquinas que podem resolver problemas úteis. Embora a jornada ainda não tenha terminado, uma peça importante do quebra-cabeça está no lugar.
