Uma das principais questões científicas da nossa época é a corrida para criar o primeiro computador quântico útil. Milhares de físicos e engenheiros estão envolvidos nesse esforço. Conceitos estão sendo desenvolvidos pela IBM, Google, Alibaba, Microsoft e Intel. Como um dispositivo computacional poderoso mudará o nosso mundo e por que isso é tão importante?
Imagine por um momento: um verdadeiro computador quântico foi criado. Ele se tornou um elemento familiar e natural da nossa vida. As computações clássicas agora são discutidas apenas na escola, nas aulas de história. Em algum lugar, nas frias profundezas dos porões, máquinas poderosas manipulam qubits para manter operando robôs equipados com inteligência artificial. Eles realizam todas as tarefas perigosas e simplesmente monótonas. Ao passear pelo parque, você olha ao redor e vê robôs de todos os tipos. Criaturas humanoides passeiam cães, vendem sorvetes, consertam fiações elétricas, varrem o chão. Alguns modelos substituem animais de estimação.
Obtivemos a capacidade de desvendar todos os mistérios do universo e examinar nosso próprio interior. A medicina alcançou um novo nível — novos medicamentos estão sendo desenvolvidos toda semana. Podemos prever e identificar onde estão os recursos escassos, como gás e petróleo. O problema do aquecimento global foi resolvido, as maneiras de economizar energia foram otimizadas, e nas cidades não há mais engarrafamentos. O computador quântico não apenas controla todas as máquinas robóticas, mas também garante um tráfego livre: monitora a situação nas estradas, ajusta rotas e assume o controle dos motoristas quando necessário. Assim pode ser a era quântica.
A Corrida do Ouro Quântico
As perspectivas de aplicação são impressionantes, por isso os investimentos em desenvolvimento quântico estão crescendo a cada ano. O mercado global de computação quântica foi avaliado em 81,6 milhões de dólares em 2018. Especialistas da Market.us prevêem que até 2026 ele alcance 381,6 milhões de dólares. Isso significa um aumento médio de 21,26% ao ano de 2019 a 2026.
Esse crescimento é impulsionado pelo uso crescente da criptografia quântica em aplicações de segurança e é resultado dos investimentos de partes interessadas no mercado de computação quântica. No início deste ano, segundo uma análise da revista científica Nature, investidores privados financiaram pelo menos 52 empresas de tecnologias quânticas em todo o mundo. Grandes players como IBM, Google, Alibaba, Microsoft, Intel e D-Wave Systems estão trabalhando na criação de um computador quântico praticamente aplicável.
Sim, enquanto os recursos financeiros que entram nesta área anualmente representam um gasto pequeno (para comparação: em 2018, os investimentos em IA alcançaram 9,3 bilhões de dólares). Mas esses números são significativos para um setor ainda imaturo, que não pode se orgulhar de resultados de eficiência.
Solução de problemas quânticos
É importante entender que, até hoje, a tecnologia ainda está em sua infância. Foram criados apenas protótipos de máquinas quânticas e sistemas experimentais isolados. Eles são capazes de executar algoritmos fixos de baixa complexidade. O primeiro computador de 2 qubits foi criado em 1998, e a humanidade levou 21 anos para levar os dispositivos a um nível adequado, o chamado "supremacia quântica". Esse termo foi introduzido pelo professor do Instituto de Tecnologia da Califórnia, John Preskill. E significa a capacidade de dispositivos quânticos de resolver problemas mais rapidamente do que os computadores clássicos mais poderosos.
A revolução nesta área foi realizada pela empresa californiana Google. Em setembro de 2019, a corporação anunciou que seu dispositivo de 53 qubits, Sycamore, conseguiu realizar um cálculo que levaria 10.000 anos ao supercomputador mais avançado, em apenas 200 segundos. A declaração gerou muitas controvérsias. Na IBM, esses cálculos foram categoricamente contestados. Em seu blog, a empresa informou que seu supercomputador Summit resolveria essa tarefa em 2,5 dias. E tudo o que é necessário para isso é aumentar a capacidade de armazenamento. Embora na prática a diferença não tenha sido tão colossal, o Google realmente foi o primeiro a alcançar a 'superioridade quântica'. E isso é um marco importante nas pesquisas computacionais. Mas não mais que isso. O feito do Sycamore é puramente demonstrativo. Ele não tem aplicação prática e é inútil para resolver tarefas reais.
O principal problema é o hardware. Enquanto os bits de computação tradicionais têm valor 0 ou 1, no estranha mundo quântico, os qubits podem estar em ambos os estados ao mesmo tempo. Essa propriedade é chamada de superposição. Os qubits são semelhantes a piões giratórios: eles giram ao mesmo tempo no sentido horário e anti-horário, movendo-se para cima e para baixo. Se você acha isso confuso, saiba que está em boa companhia. Richard Feynman uma vez disse: 'Se você acha que entende a mecânica quântica, então você não a entende'. Palavras ousadas de um homem que ganhou o Prêmio Nobel por… mecânica quântica.
Portanto, os qubits são extremamente instáveis e sensíveis a fatores externos. Um carro passando pela janela do laboratório, o ruído interno do sistema de resfriamento, uma partícula cósmica passando — qualquer interferência aleatória, qualquer interação quebra a sua sincronia e eles decoerem. Isso é devastador para os cálculos.
A questão crucial para o desenvolvimento da computação quântica é qual solução de hardware, dentre as muitas investigadas, garantirá a estabilidade dos qubits. Quem resolver o problema da violação da coerência e fizer os computadores quânticos tão comuns quanto as placas gráficas ganhará o Prêmio Nobel e se tornará a pessoa mais rica do mundo.
Caminho para a comercialização
Em 2011, a empresa canadense D-Wave Systems Inc. foi a primeira a vender computadores quânticos, embora sua utilidade seja limitada a determinadas tarefas matemáticas. Nos próximos meses, milhões de desenvolvedores poderão começar a usar processadores quânticos na nuvem — a IBM promete oferecer acesso ao seu dispositivo de 53 qubits. Atualmente, 20 empresas já receberam essa privilégio dentro do programa denominado Q Network. Dentre elas, estão fabricantes como Samsung Electronics, montadoras como Honda Motor e Daimler, e empresas químicas como JSR e Nagase, além dos bancos JPMorgan Chase & Co. e Barclays.
A maioria das empresas que hoje experimentam com computação quântica a vê como uma parte essencial do futuro. Sua missão principal agora é descobrir o que funciona na computação quântica e o que não funciona. E estar prontas para serem as primeiras a implementar a tecnologia nos negócios quando ela estiver disponível.
Organizações de transporte. A Volkswagen, em parceria com a D-Wave, está desenvolvendo um aplicativo quântico — um sistema de gestão de trânsito. O novo programa permitirá que organizações de transporte público e empresas de táxi em grandes cidades utilizem sua frota de forma mais eficiente e diminuam o tempo de espera dos passageiros.
Setor de energia. A ExxonMobil e a IBM estão promovendo a aplicação da computação quântica na energia. Elas estão focadas no desenvolvimento de várias novas tecnologias energéticas, aumentando a eficiência energética e reduzindo as emissões de gases de efeito estufa. A escala e a complexidade dos desafios enfrentados pelo setor de energia vão além dos computadores tradicionais modernos e são adequadas para testes quânticos.
Empresas farmacêuticas. O Accenture Labs colabora com a 1QBit, uma empresa desenvolvedora de software quântico. Em apenas 2 meses, eles passaram da pesquisa para a validação de conceito — a aplicação de um aplicativo para modelar interações moleculares complexas em níveis atômicos. Graças ao poder da computação quântica, agora é possível analisar moléculas maiores. O que isso traz de benefício para a sociedade? Novos medicamentos com menos efeitos colaterais.
Setor financeiro. Tecnologias baseadas nos princípios da teoria quântica estão atraindo cada vez mais o interesse dos bancos. Eles estão interessados em processar transações, negócios e outros tipos de dados o mais rápido possível. Barclays e JP Morgan Chase (com a IBM), bem como NatWest (com a Fujitsu), já estão conduzindo seus experimentos no desenvolvimento de software especializado.
A adoção por grandes corporações e o surgimento de pioneiros quânticos empreendedores indicam a viabilidade comercial da computação quântica. Já estamos vendo aplicações de computação quântica para problemas do mundo real — desde o aumento da eficiência energética até a otimização de rotas de transporte. E é importante destacar que o valor da tecnologia crescerá à medida que ela se desenvolver.
Fonte: habr.com
