Novo processador quântico do Google pode em breve superar os atuais supercomputadores

Com a corrida da computação quântica esquentando entre Google, IBM e Intel, parece que estamos caminhando para a supremacia quântica, um marco quando um computador quântico deve superar um computador clássico pela primeira vez. Nos aproximando cada vez mais, o Google acaba de lançar o Bristlecone, um novo chip de computador quântico com o poder recorde de 72 bits quânticos (qubits).

Computadores tradicionais executam seus cálculos em binário, portanto, cada bit de dados é representado como zero ou um. Graças à ciência peculiar que é a mecânica quântica, um qubit pode estar em uma superposição de ambos, efetivamente representando um zero e um ao mesmo tempo. Isso significa que o poder de um sistema de computação quântica se escala exponencialmente – dois qubits podem representar quatro estados de uma só vez (00, 01, 10 e 11), três qubits representam oito e assim por diante.

Como resultado, os computadores quânticos são ótimos para realizar operações simultâneas, processando todos esses estados ao mesmo tempo em que os computadores clássicos teriam que passar por cada um deles. Isso significa que, teoricamente, um computador quântico feito com um chip de 49 qubits (como o Tangle Lake, um processador que a Intel lançou na CES em janeiro) poderia superar nossos supercomputadores atuais em certos tipos de operações.

O mais recente protótipo de chip do Google, o Bristlecone, possui impressionantes 72 qubits. Eles são organizados em uma matriz quadrada e obtêm sua natureza quântica por meio da supercondutividade, o que permite que eles representem múltiplos estados, conduzindo a corrente em duas direções ao mesmo tempo.

Mas não é apenas uma questão de colocar mais qubits e colocá-los para trabalhar lidando com os maiores problemas matemáticos do universo. Os Qubits são notoriamente frágeis e as flutuações externas podem introduzir erros de memória que prejudicam todo o cálculo. E estes são difíceis de detectar – como Schrödinger ilustrou com seu famigerado amigo felino, assim que você espreita na caixa você reduz a função de onda a um estado ou outro, atrapalhando a informação. Isso pode ser ótimo para sistemas de criptografia quântica que o alertam se alguém tentar invadir, mas não é tão útil quando você quer apenas ler a saída de um computador quântico.

Para contornar esse problema, há alguns anos, o Google Quantum AI Lab desenvolveu uma técnica de correção quântica de erros (QEC) e demonstrou isso em um sistema com nove qubits. O QEC funciona verificando combinações de dados e qubits de medição, permitindo que o sistema meça indiretamente a informação sem afetá-la. No sistema de 9 qubits, o método atingiu taxas de erro tão baixas quanto 1% para leitura, 0,1% para portas de um qubit e 0,6% para portas de dois qubits.

A equipe do Google agora busca alcançar taxas de erro igualmente baixas nos 72 qubits do processador Bristlecone. Para medir seu desempenho, os pesquisadores desenvolveram uma ferramenta de benchmarking que deliberadamente introduz um único erro no sistema e compara a distribuição de saída da amostra aos resultados de um computador clássico.

A equipe diz que, eventualmente, o Bristlecone deve ser mais do que capaz de alcançar o momento decisivo de demonstrar a supremacia quântica. Se conseguir superar um supercomputador, o processador pode se tornar a base para a construção de computadores quânticos em larga escala.