O novo computador quântico Willow do Google é realmente um grande negócio?

O Google revelou um novo computador quântico e mais uma vez afirma que está à frente na corrida para mostrar que essas máquinas exóticas podem vencer até mesmo os melhores supercomputadores convencionais do mundo – então isso significa que um computador quântico viável finalmente chegou?

Com o anúncio do chip de computação quântica Sycamore em 2019, os pesquisadores da gigante da tecnologia demonstraram o primeiro feito do mundo, conhecido como excelência quântica. Agora, o Google desenvolveu um novo chip quântico chamado Willow, que Julian Kelly O Google diz que a Quantum AI é a melhor da empresa até agora.

“Você pode pensar que são todos os benefícios do Sycamore, mas se você olhar por baixo do capô, nós mudamos a geometria… nós reinventamos o processador”, diz ele.

Embora a versão mais avançada do Sycamore possua 67 Para processar qubits, ou bits quânticos, de informação, Willow foi atualizado para 105. Idealmente, computadores quânticos maiores também deveriam ser mais poderosos, mas os pesquisadores descobriram que os qubits em dispositivos maiores lutam para permanecer coerentes, perdendo sua qualidade quântica. Isso também foi visto pela concorrente IBM e pela start-up Atom Computing, com sede na Califórnia, que lançaram recentemente computadores quânticos com 1.000 qubits.

Por causa disso, a qualidade dos qubits tem sido um grande foco para a equipe, diz Kelly, e os qubits de Willow podem armazenar seus estados quânticos complexos – e, portanto, codificar informações de maneira confiável – por mais de cinco vezes mais que os do sicômoro.

O Google usa uma tarefa específica de benchmarking chamada RCS para avaliar o desempenho de seus computadores quânticos, na qual Willow se destaca. Hartmut NevenTambém no Google Quantum AI. A tarefa envolve verificar se uma amostra de números produzidos por um programa em execução no chip está distribuída da forma mais aleatória possível. Durante vários anos, o Sycamore conseguiu fazer isso mais rápido do que os melhores supercomputadores do mundo, mas em 2022 e depois em 2024, novos recordes foram estabelecidos por computadores convencionais.

O Google diz que a Willow mais uma vez ampliou a distância entre as máquinas quânticas e as tradicionais, já que a tarefa levou 5 minutos no chip, enquanto a empresa estima que levaria 10 septilhões de anos, ou muito mais do que a idade quadrada do universo. Supercomputador

Nesta comparação, os pesquisadores construíram uma versão do supercomputador Frontier (que foi recentemente rebaixado para o segundo supercomputador mais poderoso do mundo) com mais memória do que é atualmente capaz de usar, o que apenas ressalta o poder computacional de Willow, disse Neven. Mesmo que o recorde do Sycamore seja quebrado, ele está confiante de que Willow manterá seu status de campeão por muito mais tempo, à medida que os métodos convencionais de computação atingirem seus limites.

Ainda não está claro se Willow pode realmente fazer algo útil, pois não há aplicação prática dos testes de benchmarking do RCS. Kelly diz que ter sucesso no benchmark é uma condição “necessária, mas não suficiente” para a utilidade de um computador quântico, embora qualquer chip que não consiga se destacar no RCS não tenha chance de ser prático.

Mas a equipe do Google tem outro motivo para acreditar no futuro brilhante da Willow – ela é muito boa em corrigir suas próprias falhas. A tendência dos computadores quânticos de cometer erros é um dos maiores problemas que os impede atualmente de cumprir a promessa de serem mais poderosos do que qualquer outro tipo de computador. Para melhorar isso, pesquisadores, incluindo equipes do Google, combinam qubits físicos para formar “qubits lógicos”, que são muito mais resistentes a erros.

Com Willow, a equipe mostrou que à medida que os qubits lógicos foram aumentados, eles se tornaram melhores em resistir a erros, cometendo cerca de metade dos erros dos qubits físicos que continham. Além do mais, essa taxa de erro cai ainda mais pela metade quando os qubits lógicos praticamente dobram de tamanho. Assim, os pesquisadores do Google chegaram a um ponto em que acreditam que podem aumentar o número de qubits – construindo computadores quânticos cada vez maiores – e torná-los cada vez melhores na execução de cálculos, o que não era uma tendência até agora.

“Este é, na minha opinião, um resultado marcante e, embora ainda estejamos muito longe de demonstrar um computador quântico prático, é um passo importante e necessário em direção a esse objetivo”, disse André Cleland na Universidade de Chicago.

Martin Weiss A Universidade de Glasgow, no Reino Unido, disse que o novo trabalho abre caminho para a criação de computadores quânticos “tolerantes a falhas” – aqueles que podem detectar e corrigir todos os seus erros. Os desafios permanecem, mas estes avanços abrem caminho para aplicações transformadoras na química quântica, como a descoberta de medicamentos e o design de materiais, disse ele, bem como na criptografia e na aprendizagem automática.

O foco na correção de erros nos laboratórios acadêmicos e na crescente indústria de computação quântica fez dos avanços nos qubits lógicos um importante ponto de comparação entre os melhores computadores quânticos da atualidade. Em 2023, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Harvard e da start-up QuEra estabeleceu o recorde do qubit mais lógico já criado, usando qubits feitos de átomos de rubídio super-resfriados. No início deste ano, pesquisadores da Microsoft e da Atom Computing vincularam um número recorde de qubits lógicos por meio do emaranhamento quântico.

A abordagem do Google é diferente porque se concentra em tornar os qubits lógicos únicos cada vez maiores, bem como cada vez melhores, em vez de maximizar seu número. “Poderíamos dividir nosso chip em qubits lógicos cada vez menores e executar algoritmos, mas realmente queríamos chegar a esse limite. É aqui que residem todos os desafios inerentes à ciência e à engenharia (computação quântica)”, disse Kelly.

Em última análise, porém, o maior teste ao impacto da Willow será se conseguirá cumprir o objectivo que todos os outros computadores quânticos também perseguem – computar de forma fiável algo que é útil, mas não é possível num computador convencional. Neven diz que o sicômoro já é usado para descobertas científicas, como na física quântica, mas a equipe está voltada para mais aplicações no mundo real com o salgueiro. “Estamos avançando em direção a novos cálculos e simulações que os computadores clássicos não poderiam fazer”.