Willow: o chip quântico da Google que vai mudar a Computação Quântica

Além da inteligência artificial, uma das áreas que mais ganha destaque quando falamos sobre futuro é a computação quântica. A ideia por trás da computação quântica é utilizar propriedades da Mecânica Quântica que otimizam o processamento. Em vez de bits clássicos que operam com 0 ou 1, os qubits, ou bits quânticos, poderiam operar em diferentes estados ao mesmo tempo.

O grande problema surge já que, na Mecânica Quântica, os experimentos são sensíveis e qualquer fator externo pode levar a erros. Os qubits são exemplos disso já que são sensíveis a fatores como temperatura e até radiação. Esses fatores acabam causando erros que vão acumulando quanto mais qubits no sistema. Há décadas, físicos e engenheiros tem tentado resolver o problema associado aos erros para Computação Quântica avançar.

Nesse mês, a Google deu um passo gigante na direção de resolver esses problemas ao introduzir um chip quântico chamado Willow. Segundo os autores do trabalho, Willow consegue minimizar os erros e melhorar a estabilidade fazendo com que a precisão das operações seja maior. Além disso, a técnica também permite adicionar mais qubits aos sistemas já que, segundo o artigo publicado na Nature, quanto mais qubits, maior a redução de error.

Computação Quântica

Computadores processam informação através de bits que podem possuir valor de 0 ou 1. Já os computadores quânticos processam informação utilizando qubits que podem estar em diferentes estados de forma simultânea. Além disso, a computação quântica também aproveita propriedades da Mecânica Quântica como superposição e entrelaçamento quântico que ajuda em algumas operações possíveis.

Por causa dessas características, a computação quântica pode ajudar a acelerar processamento de informação de forma considerável. Algumas estimativas mostram que processamento que demoraria bilhões de anos em um supercomputador poderia ser resolvido em apenas alguns minutos. Com isso, a computação quântica conseguiria fazer simulações de forma mais rápida e ter impacto em áreas como Medicina ou Segurança.

Desafios

Apesar da teoria por trás da computação quântica já ser bastante compreendida por diversos físicos desde meados do século passado, na prática surge desafios. O principal desafio está nos qubits que são muito sensíveis à fatores externos como temperatura, pressão ou radiação. Esses fatores acabam gerando ruído e atrapalham o processamento correto das informações.

Na computação clássica, os erros podem ser corrigidos até um certo nível que diminui o efeito nas operações. Já a correção de erros quânticos é muito mais complexa principalmente pela natureza probabilística e, muitas vezes, estocástica. Isso cria um problema ainda maior quando mais qubits são colocados em um sistema. Diversas empresas focam em resolver esse problema através de softwares ou hardwares.

Willow

Esse mês, na revista Nature, a Google publicou um artigo apresentando um chip quântico chamado de Willow. Esse chip foi criado justamente para corrigir os erros equânticos e um dos resultados foi que quanto mais qubits, maior a redução do erro. Ao realizar testes com matrizes de 3x3, 5x5 e 7x7 de qubits, a taxa de erro foi sendo reduzida à metade. Isso mostra que a redução na taxa de erros é exponencial.

Outra vantagem que a Google trouxe com o Willow é que ele se torna um dos primeiros que tem correção de erros em tempo real. A correção em tempo real é importante para que as operações e os cálculos não sofram tanta interferência de ruídos. Com esses dois problemas sendo resolvidos pelo Willow, a empesa acredita que estamos mais próximos de obter softwares e algoritmos relevantes para Ciência e para a indústria.

10 septilhões de anos em 5 minutos

Uma forma de testar o desempenho de um computador quântico é através de um teste chamado de RCS ou Random Circuit Sampling. Esse teste é importante para argumentar que o computador quântico conseue superar computadores clássicos no RCS. A ideia é verificar se o o computador quântico consegue realizar tarefas que são impossíveis em um computador clássicos.

O resultado que o time da Google Quantum AI chegou é que ele realizou em menos de 5 minutos algo que demoraria 10 septilhões de anos para ser realizado pelos maiores supercomputadores atuais. O tempo que um computador clássico demoraria supera a idade do Universo e a maior parte dos tempos considerados dentro da Física.

Referência da notícia

Google Quantum AI Quantum error correction below the surface code threshold Nature