Jim Clark, diretor de hardware quântico da Intel, com um dos processadores quânticos da empresa. Foto; Informações
- Os computadores quânticos são uma tecnologia extremamente interessante que promete criar capacidades computacionais poderosas para resolver problemas anteriormente intratáveis.
- Especialistas dizem que a IBM liderou o caminho na computação quântica, e é por isso que Google, Intel, Microsoft e uma série de startups estão sob sua influência.
- Os investidores são atraídos por startups de computação quântica, incluindo IonQ, ColdQuanta, D-Wave Systems e Rigetti, que podem perturbar o mercado.
- No entanto, há um problema: os computadores quânticos modernos geralmente não são tão poderosos ou confiáveis quanto os supercomputadores atuais e também exigem condições especiais para serem inicializados e inicializados.
Em janeiro, a IBM fez barulho ao anunciar o IBM Q System One, o primeiro computador quântico do mundo disponível para negócios. O dispositivo estava alojado em uma elegante caixa de vidro com volume de 9 pés cúbicos.
Este é um marco importante para os computadores quânticos, que ainda estão localizados em laboratórios de pesquisa. De acordo com a IBM, os compradores já procuram colocar as mãos na tecnologia, que se mostra promissora em diversas áreas: química, ciência dos materiais, produção de alimentos, aeroespacial, desenvolvimento de medicamentos, previsão do mercado de ações e até mudanças climáticas.
IBM Q System One. Foto: IBM
A razão para a excitação é que um computador quântico possui propriedades aparentemente mágicas que lhe permitem processar exponencialmente mais informações do que um sistema convencional. Um computador quântico não é apenas um computador muito rápido; mais precisamente, é um paradigma de computação completamente diferente que requer uma repensação radical.
O vencedor na corrida tecnológica será a empresa que aproveitar as oportunidades proporcionadas por esta tecnologia. IBM, Microsoft, Google e outras gigantes tecnológicas, bem como startups, apostam nesta tecnologia.
O Business Insider perguntou ao vice-presidente de estratégia e ecossistema do IBM Q, Bob Sutor, sobre como tornar esses sistemas acessíveis às pessoas: Como as pessoas os acessarão? Como muitas pessoas podem aprender a usar computadores quânticos para realizar suas tarefas?
Há poucas chances de ver computadores quânticos no escritório tão cedo. Os especialistas com quem conversamos acreditam que, apesar de estar disponível para a IBM, serão necessários mais cinco a dez anos até que a computação quântica realmente chegue ao mercado. Atualmente, o IBM Q System One está disponível apenas como um serviço de computação em nuvem para clientes selecionados. Levará algum tempo até que as pessoas possam comprar algo assim e colocá-lo em funcionamento para seus próprios fins.
Na verdade, os especialistas dizem que os computadores quânticos são muito promissores, mas estão longe da produção em massa. São extremamente frágeis e requerem condições especiais para funcionar. Além disso, os computadores quânticos de hoje não são tão confiáveis ou tão poderosos quanto os computadores que já possuímos.
“Acreditamos que em cerca de dez anos, um computador quântico mudará a sua vida ou a minha”, disse Jim Clark, diretor de hardware quântico da Intel, ao Business Insider. — Na verdade, estamos agora apenas na primeira milha da maratona. Isso não significa que não estamos preocupados com isso."
O que é um computador quântico?
Bill Gates disse uma vez que a matemática por trás do quantum estava além da sua compreensão, mas nem todos concordaram.
“É um equívoco pensar que a física quântica é física e é muito complicada”, disse Chris Monroe, CEO e cofundador da IonQ, ao Business Insider. “O que o torna incompreensível para muitas pessoas é que é incompreensível, mas é tão incompreensível para mim quanto para você.” Se algo pode estar em superposição, significa que pode estar em dois estados ao mesmo tempo. É estranho porque não experimentamos isso no mundo real."
Os computadores que usamos exibem dados como uma sequência de 1s ou 0s chamada código binário. No entanto, um computador quântico pode representar dados como 1, 0 ou, o mais importante, ambos os números ao mesmo tempo.
Quando um sistema pode estar em mais de um estado ao mesmo tempo, isso é chamado de “superposição”, uma das propriedades aparentemente mágicas da computação quântica. O outro princípio fundamental aqui é o “emaranhamento”, que é uma propriedade quântica que permite que duas partículas se movam em perfeita sincronia, não importa a distância que estejam fisicamente separadas.
Como explica na Scientific American, essas duas qualidades se combinam para criar um computador que pode processar muito mais dados simultaneamente do que qualquer sistema existente no mercado atualmente.
O poder de um computador quântico é medido em qubits, a unidade básica de medida de um computador quântico. Assim como os computadores modernos têm processadores de 32 ou 64 bits (uma medida da quantidade de dados que podem processar de uma só vez), um computador quântico com mais qubits tem um poder de processamento significativamente maior.
Dentro de um computador quântico. Foto: IBM
O céu é o limite
Tudo isso significa que um computador quântico pode resolver problemas que antes eram limitados pelo poder computacional.
Por exemplo, um computador quântico poderia resolver de forma grosseira o famoso problema do caixeiro viajante, um problema computacional complexo que exige encontrar o caminho mais curto entre várias cidades antes de voltar para casa. Parece simples, mas se você olhar matematicamente, encontrar o caminho único ideal se torna mais difícil à medida que você adiciona mais cidades à sua rota.
Da mesma forma, um computador quântico poderia resolver os problemas mais complicados e demorados, examinando grandes quantidades de dados financeiros, farmacêuticos ou climáticos para encontrar soluções ideais. Na verdade, a startup quântica D-Wave já está colaborando com a Volkswagen para analisar padrões de direção e analisar grandes quantidades de ruído para chegar ao fundo das coisas.
Sua utilidade no campo da criptografia é discutida. Um computador quântico é capaz de dominar um método de criptografia diferente de uma cifra anteriormente conhecida, o que permite decifrar facilmente até mesmo segredos de estado. Há um grande interesse dos governos globais nesta funcionalidade útil, enquanto os activistas temem que o advento da computação quântica possa destruir a privacidade.
Problema de física
“Como a computação quântica ainda está em seus estágios iniciais, há muitas informações que ainda não foram comprovadas”, disse Matthew Briss, vice-presidente de P&D do Gartner. “Mas os compradores já procuram aplicações para determinar as vantagens competitivas da computação quântica para seus negócios”, afirma.
Apesar de todo o entusiasmo, os especialistas acreditam que os computadores quânticos estão tão longe de liderar o caminho como os PCs estavam na década de 1950. Claro, eles estão ganhando impulso, mas lentamente.
“A computação quântica pode ser comparada a um trem lento”, disse Brian Hopkins, vice-presidente e analista principal da Forrester, ao Business Insider. “Se ele se mover um centímetro por segundo, em um mês já ultrapassará cinco centímetros por segundo.” Em breve ele começará a se mover mais rápido."
O grande problema agora é que um computador quântico não pode fazer nada que um computador clássico não pudesse fazer. A indústria anseia por um momento chamado de supremacia quântica, quando os computadores quânticos irão além das limitações atuais.
“Quando os clientes nos procuram, a principal coisa que nos dizem é que não se importam com o modelo, desde que seja útil para o seu negócio”, diz o analista Briss. — Não existe modelo que possa superar os algoritmos clássicos. Nós realmente precisamos esperar até que o hardware do computador quântico comece a melhorar.”
Katie Pooley, pesquisadora da IBM, examina o criostato que ajuda os computadores quânticos a manter suas temperaturas baixas. Foto: Andy Aaron, IBM
O grande problema continua sendo a falta de poder computacional. Supõe-se que a supremacia quântica exigirá um computador com potência de 50 qubits. Embora este marco tenha sido alcançado em laboratório, não é permanente e não pode ser sustentado. Na verdade, os qubits podem estar sujeitos a erros e instáveis, o que leva a problemas com a sua geração e reduz o seu potencial.
Outro fator importante é mais material. Os computadores quânticos devem estar completamente isolados do seu ambiente para funcionar e requerem temperaturas muito baixas. Mesmo as menores vibrações podem causar o colapso dos qubits, tirando-os da superposição, assim como uma criança batendo em uma mesa faz com que moedas giratórias caiam sobre a mesa.
Os computadores quânticos anteriores, como o IBM Q System One, eram tão volumosos que as condições necessárias de isolamento e resfriamento se tornaram um verdadeiro desafio. Agravando esse problema está a falta de componentes necessários: cabos supercondutores e refrigeradores de baixa temperatura. Eles estão em grave escassez.
Em última análise, isto significa que, embora o conhecimento esteja a melhorar e a tecnologia avance, a computação quântica ainda não é viável na prática.
“Um dos desafios do meu grupo de trabalho é a manipulação de materiais, silício, metais, para que possamos criar um ambiente muito homogêneo”, disse Clark da Intel. - Esta é basicamente a melhor tecnologia de semicondutores. As tecnologias que precisamos para criar computação quântica em escala ainda não existem.”
Outro problema é que os computadores quânticos têm o potencial inegável de fornecer um poder computacional imprevisto. No entanto, não há muitas pessoas neste mundo que realmente tenham experiência em programar ou operar esses sistemas, e os potenciais compradores ficam fascinados ao tentar descobrir como realmente usá-los.
A Grande Corrida Quântica
Analistas dizem que a IBM está atualmente liderando a corrida da computação quântica graças à disponibilidade comercial limitada do IBM Q System One. Por ser acessado por meio da nuvem, a IBM pode manter essas condições especiais para manter esse computador quântico funcionando e, ao mesmo tempo, permitir que clientes selecionados o utilizem.
“Acho que [o computador quântico da IBM] está arrasando”, disse o analista Briss. “Acho que o modelo de computação quântica como serviço é o modelo certo.” Ao colocá-lo em um recipiente e tratá-lo especificamente, eles estão realmente tentando melhorar sua qualidade.”
Sarah Sheldon e Pat Gumann, da IBM, estão trabalhando em um refrigerador de dissolução que resfria computadores quânticos. Foto: IBM
Ao mesmo tempo, os analistas observam que qualquer um dos players deste mercado pode a qualquer momento ter um avanço que lhe permita avançar, e que esta ainda é uma rivalidade necessária.
Diferentes gigantes de TI abordam esse problema de maneira diferente. Intel, IBM, Google e a startup de computação quântica Rigetti estão construindo sistemas baseados em circuitos supercondutores, alimentados por supercomputadores de última geração.
está adotando uma abordagem completamente diferente e talvez mais arriscada na tentativa de criar um qubit melhor. O qubit topológico que a Microsoft está tentando criar fragmentos de elétrons para armazenar informações em vários lugares ao mesmo tempo, tornando-as mais estáveis e menos propensas à destruição. É menos robusto do que o que seus concorrentes estão tentando construir, mas o resultado seria um grande passo em frente para todo o campo da computação quântica, disse o analista Hopkins.
“Eles estão apostando e muitas pessoas pensam que nunca terão sucesso”, disse Hopkins.
No lado mais aventureiro, startups como IonQ e D-Wave apostam em tecnologias de ponta, como captura de íons e recozimento quântico. Simplificando, eles estão tentando de diferentes maneiras obter maior desempenho e estabilidade de cada qubit, usando métodos completamente novos.
“Isso nos permite construir um computador quântico que resolva problemas complexos e progrida continuamente ao fazê-lo”, disse Mark Johnson, vice-presidente de design e desenvolvimento de processadores e produtos quânticos da D-Wave, ao Business Insider.
Um cientista quântico da IBM caminha pelo IBM Q Computing Center no Thomas J. Watson Research Center em Yorktown Heights, Nova York. Foto: Connie Zhou para IBM
Startups Quânticas
O aumento da computação quântica despertou uma onda de interesse de investidores em startups relacionadas. Robert Sutor, da IBM, estima que existam cerca de 100 startups quânticas de software, hardware e até consultoria em todo o mundo. Isso é pequeno comparado ao enorme mercado de startups, mas muito maior do que antes.
“Estou neste espaço há muito tempo, desde o início”, disse Monroe da IonQ. — Durante muito tempo esteve na sua infância, até há 5-8 anos atraiu a atenção e atraiu enormes investimentos. Ficou claro que havia chegado a hora.”
Chris Monroe, CEO e cofundador da startup de computação quântica IonQ. Foto: IonQ
Alguns, como Rigetti, estão prontos para enfrentar titãs da tecnologia com seus próprios chips quânticos e sofisticados sistemas de computação quântica.
“É o núcleo do nosso negócio”, disse Betsy Masiello, vice-presidente de produto da Rigetti, ao Business Insider. — Existem muitas empresas no espaço quântico que trabalham em aplicações de software na área da computação quântica. Produzimos microchips e construímos sistemas de computação.”
Matthew Kinsella, diretor administrativo da Maverick Ventures, diz estar otimista no campo da computação quântica. Sua empresa chegou a investir na ColdQuanta, empresa que fabrica equipamentos utilizados em sistemas quânticos. Ele espera que os computadores quânticos superem o desempenho dos sistemas atuais dentro de cinco a XNUMX anos. A Maverick Ventures aposta no longo prazo.
“Eu realmente acredito na computação quântica, embora possa levar mais tempo do que o esperado até que um computador quântico se torne melhor do que um computador tradicional para resolver problemas do dia a dia. Provavelmente veremos os benefícios dos computadores quânticos na resolução de problemas de pequena escala nos próximos anos”, disse Kinsella.
Laboratórios de Sistemas 2000Q da D-Wave. Foto de : D-Wave
Kinsella, tal como os analistas com quem falámos, espera um chamado “inverno quântico”. Pode haver entusiasmo em torno dos computadores quânticos, mas as pessoas estão tendo muitas esperanças, alertam os especialistas. As máquinas ainda não são perfeitas e levarão anos até que os investidores vejam os resultados.
Em perspectiva
Mesmo para além da supremacia quântica, os especialistas asseguram-nos que ainda há lugar para computadores e supercomputadores tradicionais. Até então, ainda há questões de custo, tamanho, confiabilidade e poder de processamento a serem resolvidas antes de podermos discuti-las.
“Precisamos respirar”, disse o analista Briss. “Há muitas coisas interessantes acontecendo nesta área que levam tempo.” É um conglomerado de física, ciência da computação e, francamente, análise científica. Não teríamos que estudar isso se soubéssemos todas as respostas, mas há muito trabalho de pesquisa pela frente.”
Computador quântico Rigetti. Foto de : Rigetti
No entanto, para muitos é claro que este é o futuro. Assim como os fabricantes do primeiro computador mainframe não perceberam que isso acabaria por levar a mais smartphones do tamanho da palma da mão. Um computador quântico poderia ser o primeiro passo em um caminho completamente novo.
Poucos, como o vice-presidente de Governança Corporativa da Microsoft, Todd Holmdahl, estão otimistas o suficiente para dizer que isso poderia ser mais significativo do que a inteligência artificial e o aprendizado de máquina hoje. Ele costumava dizer aos filhos que eles deveriam fazer aquilo que os apaixona e que sempre poderiam conseguir um emprego em inteligência artificial. Agora ele dirá o mesmo sobre a computação quântica.
“Essa é uma área que vai se desenvolver. Precisamos de pessoas para preenchê-lo e evitar que desapareça”, disse Holmdahl. “Desempenha um papel importante na nossa geração, dando-nos a oportunidade de criar coisas incríveis no futuro.”
Fonte: habr.com