Um dos principais desafios científicos do nosso tempo tornou-se a corrida para criar o primeiro computador quântico útil. Milhares de físicos e engenheiros participam dele. IBM, Google, Alibaba, Microsoft e Intel estão desenvolvendo seus conceitos. Como um poderoso dispositivo de computação mudará o nosso mundo e por que é tão importante?
Imagine por um momento: um computador quântico completo foi criado. Tornou-se um elemento familiar e natural de nossas vidas. Cálculos clássicos agora só se falam na escola, nas aulas de história. Em algum lugar nas profundezas de porões frios, máquinas poderosas operam em qubits para alimentar robôs artificialmente inteligentes. Eles executam todas as tarefas perigosas e simplesmente monótonas. Caminhando pelo parque, você olha em volta e vê todos os tipos de robôs. Criaturas humanóides levam cães para passear, vendem sorvete, consertam a fiação elétrica e varrem a área. Alguns modelos substituem animais de estimação.
Tivemos a oportunidade de desvendar todos os segredos do Universo e olhar para dentro de nós mesmos. A medicina atingiu um novo nível - medicamentos inovadores são desenvolvidos todas as semanas. Podemos prever e determinar onde estão localizados recursos escassos, como gás e petróleo. O problema do aquecimento global foi resolvido, os métodos de poupança de energia foram optimizados e não há mais engarrafamentos nas cidades. O computador quântico não apenas controla todos os carros robóticos, mas também garante a livre circulação: monitora a situação nas estradas, ajusta rotas e assume o controle dos motoristas, se necessário. Esta é a aparência da era quântica.
Corrida do Ouro Quântico
As perspectivas de aplicação são surpreendentes, razão pela qual os investimentos em desenvolvimentos quânticos crescem a cada ano. O mercado global de computação quântica foi avaliado em US$ 81,6 milhões em 2018. Os especialistas da Market.us estimam que até 2026 atingirá US$ 381,6 milhões. Ou seja, aumentará em média 21,26% ao ano de 2019 a 2026.
Este crescimento é alimentado pelo uso crescente da criptografia quântica em aplicações de segurança e impulsionado por investimentos das partes interessadas do mercado de computação quântica. Até ao início deste ano, investidores privados tinham financiado pelo menos 52 empresas de tecnologia quântica em todo o mundo, segundo uma análise da revista científica Nature. Grandes players como IBM, Google, Alibaba, Microsoft, Intel e D-Wave Systems estão lutando para criar um computador quântico praticamente aplicável.
Sim, desde que o dinheiro que flui para esta área todos os anos represente um pequeno desembolso (em comparação com 2018 mil milhões de dólares em investimento em IA em 9,3). Mas estes números são significativos para uma indústria imatura que ainda não apresenta indicadores de desempenho.
Resolvendo problemas quânticos
Você precisa entender que hoje a tecnologia ainda está engatinhando. Foi possível criar apenas protótipos de máquinas quânticas e sistemas experimentais únicos. 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 ao nível adequado, a chamada “supremacia quântica”. Este termo foi cunhado pelo professor da Caltech John Preskill. E significa a capacidade dos dispositivos quânticos de resolver problemas mais rapidamente do que os computadores clássicos mais poderosos.
Um avanço nesta área foi feito pela empresa californiana Google. Em setembro de 2019, a corporação anunciou que seu dispositivo Sycamore de 53 qubits completou um cálculo em 200 segundos que um supercomputador de última geração levaria 10 anos para ser concluído. A declaração causou muita polêmica. A IBM discordou categoricamente de tais cálculos. Em seu blog, a empresa escreveu que seu supercomputador Summit dará conta dessa tarefa em 000 dias. E tudo o que é necessário é aumentar a capacidade de armazenamento em disco. Embora na realidade a diferença não fosse tão colossal, o Google foi de fato o primeiro a alcançar a “supremacia quântica”. E este é um marco importante na pesquisa em informática. Mas nada mais. A façanha do Sycamore é puramente para fins de demonstração. Não tem aplicação prática e é inútil para resolver problemas reais.
O principal problema é o hardware. Embora os bits computacionais tradicionais tenham um valor de 0 ou 1, no estranho mundo quântico, os qubits podem estar em ambos os estados ao mesmo tempo. Esta propriedade é chamada de superposição. Qubits são como piões: eles giram no sentido horário e anti-horário, movem-se para cima e para baixo. Se você acha isso confuso, então você está em ótima companhia. Richard Feynman disse uma vez: “Se você pensa que entende a mecânica quântica, você não a entende”. Palavras corajosas do homem que ganhou o Prêmio Nobel de... mecânica quântica.
Portanto, os qubits são extremamente instáveis e sujeitos a influências externas. Um carro passando sob as janelas do laboratório, o ruído interno do sistema de refrigeração, uma partícula cósmica voadora - qualquer interferência aleatória, qualquer interação perturba sua sincronicidade e eles se desintegram. Isso é prejudicial à computação.
A questão chave para o desenvolvimento da computação quântica é qual solução de hardware dentre as muitas exploradas garantirá a estabilidade dos qubits. Quem resolver o problema da coerência e tornar os computadores quânticos tão comuns quanto as GPUs 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 o primeiro a vender computadores quânticos, embora a sua utilidade seja limitada a certos problemas matemáticos. E nos próximos meses, milhões de desenvolvedores poderão começar a usar processadores quânticos por meio da nuvem – a IBM promete fornecer acesso ao seu dispositivo de 53 qubits. Até agora, 20 empresas receberam este privilégio no âmbito de um programa denominado Q Network. Entre eles estão a fabricante de equipamentos Samsung Electronics, as montadoras Honda Motor e Daimler, as empresas químicas JSR e Nagase, os bancos JPMorgan Chase & Co. e Barclays.
A maioria das empresas que fazem experiências com a computação quântica hoje a vêem como parte integrante do futuro. Sua principal missão agora é descobrir o que funciona e o que não funciona na computação quântica. E esteja pronto para ser o primeiro a introduzir tecnologia nos negócios quando ela estiver pronta.
Organizações de transporte. A Volkswagen, juntamente com a D-Wave, está desenvolvendo uma aplicação quântica - um sistema de controle de tráfego. O novo programa permitirá que as organizações de transporte público e as empresas de táxi nas grandes cidades utilizem a sua frota de forma mais eficiente e minimizem o tempo de espera dos passageiros.
Setor energético. A ExxonMobil e a IBM estão promovendo o uso da computação quântica no setor energético. Estão concentrados no desenvolvimento de uma série de novas tecnologias energéticas, na melhoria da eficiência energética e na redução das emissões de gases com efeito de estufa. A escala e a complexidade dos desafios enfrentados pelo setor energético estão além do alcance dos computadores tradicionais atuais e são adequados para testes em computadores quânticos.
Companhias farmaceuticas. Accenture Labs fez parceria com 1QBit, uma empresa de software quântico. Em apenas dois meses, eles passaram da pesquisa à prova de conceito – usando 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 dará à sociedade? Medicamentos inovadores com menos efeitos colaterais.
Setor financeiro. As tecnologias baseadas nos princípios da teoria quântica atraem cada vez mais o interesse dos bancos. Eles estão interessados em processar transações, negociações e outros tipos de dados o mais rápido possível. O Barclays e o JP Morgan Chase (com a IBM), bem como o NatWest (com a Fujitsu) já estão a realizar as suas experiências no desenvolvimento de software especializado.
A aceitação por essas grandes corporações e o surgimento de pioneiros quânticos empreendedores falam muito sobre a viabilidade comercial do quantum. Já estamos vendo a computação quântica ser aplicada a problemas do mundo real, desde a melhoria da eficiência energética até a otimização das rotas dos veículos. E o mais importante é que o valor da tecnologia aumentará à medida que ela se desenvolver.
Fonte: habr.com