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Duas equipes especializadas alegam terem atingido a supremacia quântica na China, segundo dois novos papers publicados no jornal científico Physical Review Letters. Esses são o segundo e terceiro avanços na computação quântica pela nação asiática, que, em julho de 2021, afirmou ter criado o computador quântico mais rápido do mundo.
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A computação quântica promete uma revolução em relação à computação convencional, capaz de volumes de processamento e realização de cálculos que são ou impossíveis, ou excessivamente demorados pelos métodos atuais.
Ao longo dos últimos anos, muita gente afirmou ter atingido recorder no segmento, apesar de vários descrentes duvidarem: Google e IBM, por exemplo, professaram seus avanços no campo no passado, mas há quem duvide da escolha de algoritmo e tecnologia inteligente para tais feitos.
No caso dos dois novos estudos chineses, os times de pesquisadores dizem não haver nenhuma possibilidade de dúvida: ambas as equipes tinham por objetivo construir um computador capaz de processar o cálculo de probabilidades de performance de circuitos quânticos. Em números pequenos, isso é possível de ser feito por computadores normais, mas à medida que esses números aumentam, a tarefa vai se complicando mais e mais, até se tornar inviável.
As duas equipes foram lideradas pelo pesquisador físico Jian-Wei Pan, uma figura mundialmente conhecida na ciência quântica. Os times sob seu comando trabalharam em suas descobertas dentro da estrutura da Universidade de Ciências e Tecnologia da China, dentro do Laboratório Nacional Hefei.
No primeiro método, os cientistas usaram um método chamado “amostragem gaussiana de bóson” para analisar os cálculos de performance de um interferômetro de 144 modos. Neste cenário, eles anteciparam dez probabilidades elevadas à quadragésima terceira potência (1043). O sistema computacional desenvolvido pelo time foi supostamente capaz de calcular amostras a uma velocidade muito mais rápida que a de um supercomputador – especificamente, uma velocidade de 10²³, o que, eles alegam, comprova a supremacia quântica.
“Interferometria”, vale citar, é a ciência que analisa a sobreposição de duas ou mais ondas, o que acaba criando uma terceira, que pode ser usada para analisar as diferenças entre as duas primeiras.
O segundo método foi um pouco mais tradicional, envolvendo a construção de um computador baseado em tecnologia supercondutora capaz de cálculos usando até 66 qubits (unidade de informação quântica). Apenas 56 deles foram usados nesse experimento, porém, supostamente atingindo uma velocidade de cálculo das probabilidades pedidas até mil vezes mais rápida que a de um supercomputador. Isso, também segundo as equipes, comprova a supremacia quântica.
Mas o que é essa “supremacia quântica” de que a China fala?
Em outubro de 2019, o Google, por meio de um artigo científico publicado na revista Nature, afirmou que seu computador quântico (apelidado “Sycamore”) precisou de apenas 200 segundos (pouco mais de três minutos e meio) para resolver um cálculo matemático particularmente difícil.
Comparativamente, o artigo afirmou que o supercomputador Summit, da IBM (que tem o tamanho aproximado de duas quadras de basquete) levaria cerca de 10 mil anos para resolver o mesmo problema. Isso provaria, sem sombra de dúvidas, a superioridade, ou supremacia, da computação quântica sobre os sistemas tradicionais.
A IBM refutou o artigo dizendo que o Summit levaria sim mais tempo, mas estava mais para algo em torno de dois dias e meio.
A computação tradicional – pela qual conhecemos notebooks, desktops, smartphones e outros produtos – funciona com base na física comum, usando parâmetros como as Leis de Movimento segundo Isaac Newton. Já a mecânica quântica é uma ciência que lida com o comportamento da matéria e da luz em níveis atômicos e subatômicos. Basicamente, elas descrevem as propriedades moleculares de átomos em seus componentes mais básicos — elétrons, prótons, nêutrons e partículas menos conhecidas, como quarks e glúons.
De uma forma grosseira: hoje, nós ainda dependemos de supercomputadores (imagine o seu computador de casa, aumentado milhares de vezes em todos os aspectos: milhares de vezes mais processamento, milhares de vezes mais memória e assim por diante…) para desenvolver soluções para diversos problemas e criar várias tecnologias.
Nós citamos a IBM mais acima então vamos seguir com um cenário que ela própria expôs: imagine que você tem 10 convidados muito chatos para um jantar e apenas uma combinação de assentos e organização de mesas será aceita, em meio a todas as outras possibilidades de combinações e arranjos. Como você encontraria a solução?
Spoiler: você vai precisar de tempo, porque estamos falando de mais de 3,6 milhões de possibilidades – para você encontrar uma. Um computador quântico poderia resolver o mesmo problema em um instante, usando a física quântica para testar todas as possibilidades de uma vez só.
É mais ou menos essa a relação entre computação tradicional e computação quântica: o cálculo não é impossível para os recursos que temos em mãos hoje, mas o tempo necessário para fazê-lo, hoje, é grande demais – e dependendo da urgência e da natureza do problema, nós talvez não tenhamos essa disponibilidade.
Por causa disso, a computação quântica é normalmente associada a problemas de escala majoritária, como a fome mundial, a pesquisa avançada de doenças e suas curas/vacinas, o aquecimento global. Supercomputadores dariam conta desses cálculos? Provavelmente sim. Mas eles o fariam em tempo hábil? Com certeza não.
E por que a computação quântica não é amplamente utilizada? Simples: porque ela ainda está em fase de pesquisa.
Temos diversos obstáculos tecnológicos para superar, desde limites tecnológicos como processamento e recursos de memória até efeitos mais terrenos como o espaço necessário para uma estrutura do tipo e a temperatura necessária por esse trabalho: o Sycamore, do Google, opera a -273º C. Na escala Kelvin – comumente usada por físicos – isso é quase o chamado “zero absoluto”, onde em teoria não há mais calor para ser removido de um objeto.
No momento atual, a tecnologia quântica ainda é instável, e a maior parte dos esforços que falam em “supremacia” se referem não apenas a criar computadores capazes de atuar com ela, mas também mantê-la em um nível de estabilidade que permita que seus cálculos rodem sem perigo de queda.
Ou seja, ainda temos alguns anos antes de vermos aplicações realmente práticas da computação quântica. Mas se a supremacia quântica mencionada nos estudos da China são algum indício, nós estamos chegando lá.
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