Temos um novo computador quântico para acompanhar nessa era Velho
Oeste das pesquisas de computação quântica em que vivemos. E ele usa
algumas partes que talvez você já conheça.
Pesquisadores de duas equipes trabalhando com a Intel relataram, em
um par de estudo liberados nesta quarta-feira (14), avanços em uma nova
arquitetura de computação quântica chamada de “spin qubits”. Eles,
obviamente, não são os computadores quânticos de propósito completo do
futuro, mas têm uma grande vantagem em relação a outros designs de
computação quântica.
“Fizemos esses qubits em chips de silício, parecidos com o que são
usados em processos computacionais clássicos”, disse o autor do estudo
Thomas Watson, da TU Delft, na Holanda, em entrevista ao Gizmodo. “A
esperança é de que, ao fazer as coisas dessa maneira, podemos
potencialmente escalar para números maiores, que são necessários para
executar uma computação quântica útil.”
Para os não-iniciados, computadores quânticos viram as regras dos computadores de cabeça para baixo como o Mágico de OZ
indo de preto e branco para colorido. Computadores clássicos executam
todos seus cálculos convertendo dados em código binário. Cada zero ou um
é representado por algum bit físico de duas escolhas. Computadores
quânticos, por sua vez, usam qubits — bits quânticos que assumem os dois
valores simultaneamente durante os cálculos. Pares de qubits conversam
uns com os outros usando regras da mecânica quântica. Eles produzem
valores de bit normais quando o usuário precisa de uma resposta. Você
pode ler isto aqui se precisar de mais informações.
Existem várias maneiras de fisicamente construir esses qubits. Isso
exige construir uma coleção de sistemas quânticos de dois estados que
operam e se comunicam por meio das regras da mecânica quântica. O Google
e a IBM usam peças minúsculas de eletrônicos super-resfriados e
supercondutores. A IonQ (desenvolvedora de aplicações comerciais com
computação quântica) espera usar átomos presos por lasers, com dois
estados internos diferentes representando os dois estados qubits. A
Microsoft quer usar uma física já existente, mas ainda não observada.
Entretanto, existem outras maneiras.
Nesta quarta-feira, um grupo de pesquisas da TU Delft chamado QuTech
anunciou que havia, com sucesso, testado dois “spin qubits” em hardwares
fornecidos por pesquisadores da Universidade do Wisconsin. Esses qubits
envolvem a interação de dois elétrons confinados em um chip de silício.
Cada elétron tem uma propriedade chamada spin, que meio que o
transforma em um ímã minúsculo, com dois estados: “up” e “down”. Os
pesquisadores controlam os elétrons com ímãs reais de cobalto e pulsos
de micro-ondas. Eles medem os spins do elétron observando como as cargas
elétricas próximas reagem aos movimentos dos elétrons presos.
Esses pesquisadores, agora trabalhando
em parceria com a Intel, conseguiram executar alguns algoritmos
quânticos, incluindo o conhecido algoritmo de busca Grover (basicamente,
eles conseguiam efetuar buscas por quatro itens dentro de uma lista),
de acordo com o estudo publicado nesta quarta na Nature. Além disso, uma equipe de físicos liderada por Jason Petta, de Princeton, relatou na Nature que
conseguiu casar partículas de luz, chamadas de fótons, com spins de
elétron correspondentes. Isso significa que spin qubits distantes podem
ser capazes de conversar uns com os outros usando fótons, o que permite
computadores quânticos maiores.
“Isso te libera de precisar ter uma interação de maior proximidade
possível”, Petta contou ao Gizmodo. “Você também pode combinar um spin
de elétron com um fóton e conectar aquele fóton a qualquer outro spin ou
circuito.”
Existem algumas vantagens nesses sistemas. A tecnologia de
semicondutores atual poderia criar esses spin qubits, e eles seriam
menores do que os chips supercondutores usados pela IBM. Além disso,
eles permanecem quânticos (significando que podem preservar sua
capacidade de manter valores simultâneos) por mais tempo do que outros
sistemas.
“Ambos esses estudos relatam em cima de pesquisas feitas em
refrigeradores de diluição, parecidos com aqueles usados para qubits
supercondutores”, disse ao Gizmodo a pós-doutora Sydney Schreppler, da
Universidade da Califórnia em Berkeley, que não esteve envolvida nos
estudos. “Mas talvez exista um futuro em que eles operem em temperatura
ambiente, diferentemente de qubits supercondutores. Você também pode
contrastar isso com computadores quânticos de íon, que exigem um vácuo
ultra-alto e múltiplos lasers de controle para se operar.”
Existem desvantagens também. Por esses qubits serem tão isolados, diz
Schreppler, “é muito difícil medir esses spins e até mesmo mais difícil
fazer com que eles interajam uns com os outros. É por isso que os
tempos de entrada têm sido historicamente lentos para esses sistemas”.
Ela também mencionou que os qubits exigiam estar bem próximos uns dos
outros, motivo pelo qual ela estava especialmente empolgada com o
trabalho da equipe de Petta. “Isso vai possibilitar interações de maior
alcance”, afirmou, como qubits conversando uns com os outros de longe no
mesmo chip ou mesmo em outro chip.
Ainda estamos em uma era inicial e meio nebulosa
dos computadores quânticos, em que sistemas de menos de mil qubits só
conseguem fazer cálculos bem limitados e cheios de ruídos, e os
cientistas ainda estão trabalhando em arquiteturas de qubits físicos. No
fim do dia, a vantagem da computação quântica comparada com a normal é a
possibilidade de executar tarefas complexas, como decifrar criptografia
(a NSA, nos EUA, tem desenvolvido seus próprios computadores quânticos),
processar inteligência artificial e fatoração de números grandes. Para
jogar videogame, seu bom e velho computador é mais eficiente para essa
tarefa.
Então, pode ficar empolgado, mas não muito.
Fonte: Gizmodo