O Google anunciou na noite desta segunda, 11, seu novo processador de computação quântica, batizado de Willow. Com ele, a companhia revelou dois avanços importantes na evolução dessas máquinas, que prometem revolucionar como computadores operam e que ampliam possibilidades na criação de novos materiais, desenvolvimento de medicamentos e expansão de inteligência artificial (IA). As descobertas foram publicadas em um artigo na revista científica Nature.
O primeiro desses avanços é a capacidade do novo processador. A companhia afirma que ele é capaz de resolver em cinco minutos um problema que um supercomputador clássico demoraria 10 septilhões de anos (ou 1.000.000.000.000.000.000.000.000 anos). Para chegar à conclusão, a equipe de pesquisadores liderada Harmut Neven fez uma simulação usando o teste benchmark RCS, padrão na indústria para equipamentos quânticos. É um tipo de problema que não tem aplicações no mundo real, mas que ajudam a demonstrar a capacidade computacional do chip.
Em 2019, o Google fez barulho ao anunciar que havia atingido a “supremacia quântica”: um dos computadores quânticos da empresa realizou um problema matemática impossível de ser feita por uma máquina clássica (que opera em sistema numérico binário, de 0 e 1). Na época, o chip da companhia, batizado de Sycamore, foi capaz de solucionar em 3 minutos e 20 segundos uma operação matemática que demoraria 10 mil anos para ser solucionada por uma máquina tradicional.
Na época, a IBM, uma das rivais do Google, contestou os resultados, afirmando que a supremacia quântica só poderia ser atingida em problemas de aplicações reais. Desde então, gigantes como Google, Amazon, Microsoft e IBM tentam construir uma máquina do tipo. A IBM ainda não comentou os resultados desta segunda.
O outro avanço revelado pelo Google nesta segunda é mais um passo para máquinas quânticas saírem dos laboratórios e se tornarem presentes no “mundo real”. O processador conseguiu aumentar o número de qubits ao mesmo tempo que conseguiu diminuir a taxa de erros – um problema conhecido como below threshold.
Na computação clássica, usada por PCs e smartphones atuais, toda e qualquer informação é armazenada ou processada na forma de bits – que podem ser representados por 0 ou 1. Mas, na quântica, os chamados qubits, ou bits quânticos, podem assumir inúmeros estados entre 0 e 1, num fenômeno chamado superposição. Isso aumenta exponencialmente a quantidade de informação que pode ser processada ao mesmo tempo. Enquanto um par de bits tradicionais expressa um tipo de informação de cada vez, dois bits quânticos podem expressar (ou seja, ter) quatro estados ao mesmo tempo.
O principal desafio da área é contornar a alta instabilidade dos qubits, o que causa erros e inviabiliza soluções de grandes problemas. “Os qubits têm uma rápida tendência de trocar informações com o ambiente, o que torna difícil proteger a informação necessária para completar a computação”, escreveu Neven no blog do Google.
Assim, uma das soluções investigadas por cientistas é juntar muitos qubits em uma única unidade de processamento para que os erros sejam espalhados e “dissolvidos” no sistema, permitindo a retenção dos cálculos necessários para a solução dos problemas. A nova unidade de processamento composta por diversos qubits físicos é chamado de qubit lógico. No entanto, para que essa combinação ocorra da maneira correta, é necessário reduzir a taxa de erros no qubit físico. “Quanto mais qubits você usa, mais erros irão acontecer e o sistema vai se tornar clássico”, escreveu Neven.
O que a equipe de Neven conseguiu fazer foi implementar códigos que reduzem de maneira exponencial a taxa de erros mesmo com o aumento de qubits – e a correção é feita em tempo real, pois um sistema quântica perde suas propriedades se isso não acontece. “A notícia mais incrível é a implementação de códigos de correção de erros. Isso nunca havia sido feito antes e eu não esperava que acontecesse por agora”, afirmou ao Estadão Bárbara Amaral, pesquisadora de informação quântica do Instituto de Física da Universidade de São Paulo.
Para Neven, o experimento demonstra que é possível construir máquinas com grandes conjuntos de qubits, o que poderia revolucionar a logística, o setor financeiro, a cibersegurança, a medicina e a química. Assim, o Willow tem 105 qubits, enquanto o Sycamore tinha 53. No ano passado, a IBM revelou um processador de 1.000 qubits, avanço que representava um marco inédito para a computação quântica. No entanto, a companhia também tentava encontrar caminhos para a redução da taxa de erros.
Na área, costuma-se dizer que, mais do que o número de qubits de um processador, o importante é a qualidade desses bits quânticos, com fim de evitar instabilidades e erros nas operações. Por isso, o anúncio do Google nesta segunda é importante. Ainda assim, há um longo caminho até máquinas com milhões de qubits livres de erros possam existir.
Em 2021, o Google revelou que pretende construir até o final da década de 20 um computador quântico funcional de larga escala. No atual cronograma da companhia, existem seis estágios que precisam ser cumpridos até o objetivo ser atingido. O anúncio desta segunda faz parte do terceiro estágio.
Após o anúncio, Sundar Pichai, CEO do Google, postou que espera que a descoberta traga aplicações práticas para diversas áreas, como design de baterias, fusão de energia e outras.
