Google sai na frente de novo e avança na computação quântica

O Google acaba de dar mais um passo na construção de um computador quântico que possa ter uso comercial.

Depois de anunciar ter atingido a "supremacia quântica" e ter deixado concorrentes como IBM e Microsoft para trás, a empresa publicou nesta quarta-feira (22) um estudo na revista científica Nature que demonstra a construção de um improvável "qubit lógico". Esta é a unidade básica de funcionamento de um computador quântico, que resolve problemões até agora impossíveis, como a quebra da criptografia ou a compreensão de estruturas complexas, como moléculas.

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O protótipo do Google apresentou uma performance muito próxima do mínimo necessário para a computação quântica finalmente ser usada tanto na indústria quanto na ciência.

Apesar de serem capazes de cálculos e operações muito mais complexas que os disponíveis por aí, estes computadores são muito difíceis de botar para funcionar. O motivo? A arquitetura deles. Eles são compostos por qubits (bits quânticos), capazes de enviar mais informações, mas também de produzir mais erros. Isso o torna pouco confiável para executar aplicações comerciais.

Para contornar isso, o Google conectou vários qubits físicos para operar como um só componente, gerando um qubit lógico. A empresa testou integrações entre 17 a 49 qubits físicos.

Geralmente, quanto muitos deles são unidos, acontece um fenômeno devido a uma característica crucial do bit quântico: o emaranhamento ou entrelaçamento. É ela que faz uma partícula responder às mudanças de outra, mesmo que estejam separadas por enormes distâncias.

Na física quântica, dá até para saber características de uma partícula apenas observando as outras com que ela está entrelaçada. Essa conexão, porém, é capaz de afetar as outras partículas do sistema.

No caso do teste do Google, isso não ocorreu porque a empresa criou um eficiente algoritmo de correção, nomeado "código de superfície" ou "códigos de repetição".

"Nas condições certas, quanto mais qubits físicos forem usados para construir um qubit lógico, melhor [ele] se torna", afirma a empresa em nota.

Por que construir computação quântica?

Na computação clássica, que rege dos computadores aos smartphones, a informação é guardada ou processada na forma de bit — representado por 0 ou 1. Isso é uma adaptação da física clássica que funciona bem para explicar a interação de corpos relativamente grandes, mas falha miseravelmente ao tratar de partículas subatômicas.

Quando o assunto são elétrons e fótons, a física quântica tem melhores ferramentas. Cientistas perceberam que usar conceitos desse ramo da física na computação melhora muito a transmissão de informação, porque partículas quânticas tem superpoderes.

Funciona assim: além de poder se entrelaçar com colegas a grandes distâncias, bits quânticos podem ser 0 e 1 ao mesmo tempo, graças a um fenômeno chamado superposição.

Graças a tudo isso, qubits podem chegar a um resultado muito mais rápido que um bit convencional, porque analisam diversas hipóteses ao mesmo tempo. Enquanto dois bits avaliam uma combinação de cada vez (0 e 0, por exemplo), uma dupla de qubits analisa quatro pares de informação simultaneamente (0 e 0, 0 e 1, 1 e 0, 1 e 1). À medida que mais qubits são adicionados à mistura, a capacidade de processamento cresce exponencialmente.

Menos erros, mas não o suficiente

Apesar da redução dos erros, o qubit lógico do Google ainda não atinge o limite de resultados bem-sucedidos para a próxima etapa.

Acontece que o Sycamore, processador quântico de 3ª geração do Google, ainda desliza com muita frequência. Apesar de ter sido o responsável por atingir "supremacia quântica" e gerar cálculos que máquinas comuns não conseguem, ele produz um erro a cada intervalo de mil a 10 mil operações.

Para a companhia, um computador quântico só estará pronto para o mercado quando criar um erro a cada 1 milhão ou bilhão de operações.

Os testes do Google não conseguiram abaixar este índice, mas a empresa aposta que novos algoritmos corretivos possam limitar os erros das operações. Segundo estima, estes programas fariam o qubit lógico atingir um erro a cada 10 milhões de operações, mais do que suficiente para que os computadores quânticos cheguem às prateleiras.

A expectativa do Google é que avanços a partir do protótipo viabilizem a estrutura de um qubit lógico estável e de longa data até 2025.

*Com informações da matéria de Helton Simões Gomes