O novo computador quântico Willow do Google é realmente tão importante?

O Google revelou um novo computador quântico e afirma mais uma vez ter saído na frente na corrida para mostrar que essas máquinas exóticas podem vencer até mesmo os melhores supercomputadores convencionais do mundo – então isso significa que computadores quânticos úteis finalmente chegaram?

Os pesquisadores da gigante da tecnologia foram os primeiros no mundo a demonstrar esse feito, conhecido como supremacia quântica, com o anúncio do chip de computação quântica Sycamore em 2019. Mas, desde então, os supercomputadores se atualizaram, deixando o Sycamore para trás. Agora, o Google produziu um novo chip quântico, chamado Willow, que Julian Kelly no Google Quantum AI diz que é o melhor da empresa até agora.

“Você pode pensar nisso como tendo todas as vantagens do Sycamore, mas se você olhar nos bastidores, mudamos a geometria… nós reinventamos o processador”, diz ele.

Embora a versão mais avançada do Sycamore ostentasse 67 qubits, ou bits quânticos, para processar informações, 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 pelos concorrentes IBM e Begin-up Atom Computing, com sede na Califórniaque lançaram recentemente computadores quânticos com mais de 1.000 qubits.

Kelly diz que, por causa disso, a qualidade dos qubits tem sido um grande foco para a equipe, e que os qubits de Willow podem preservar seus intrincados estados quânticos – e, portanto, codificar informações de forma confiável – por mais de cinco vezes mais tempo do que os do Sycamore.

O Google usa uma tarefa específica de benchmarking chamada RCS para avaliar o desempenho de seus computadores quânticos, na qual Willow se destacou, diz Hartmut Neventambém no Google Quantum AI. A tarefa envolve verificar se uma amostra de números produzidos por um programa executado no chip tem uma distribuição tão aleatória quanto possível. Durante vários anos, o Sycamore conseguiu fazer isso mais rápido do que os melhores supercomputadores do mundo, mas em 2022e então novamente em 2024novos recordes foram estabelecidos por computadores convencionais.

O Google diz que a Willow ampliou novamente 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 do universo ao quadrado, em um cálculo líder. supercomputador.

Nesta comparação, os pesquisadores modelaram uma versão do supercomputador Frontier (que recentemente foi rebaixado para apenas o segundo supercomputador mais poderoso do mundo) com mais memória do que é capaz de usar atualmente, o que apenas ressalta o poder computacional do Willow, diz Neven. Embora os recordes do Sycamore tenham sido quebrados, ele está confiante de que a Willow manterá seu standing de campeã por muito mais tempo, à medida que os métodos convencionais de computação atingirem seus limites.

O que ainda não está claro é se Willow pode realmente fazer algo útil, visto que o teste de benchmarking RCS não tem aplicação prática. 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 seja excelente em RCS não tenha likelihood de ser prático mais tarde.

Mas a equipe do Google tem outro motivo para acreditar no futuro brilhante da Willow – ela é muito boa em corrigir seus próprios erros. A propensão dos computadores quânticos a cometer erros é um dos maiores problemas atualmente impedindo-os de cumprir a promessa de serem mais poderosos do que qualquer outro tipo de computador. Para melhorar isso, pesquisadores, incluindo a equipe do Google, agrupam 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 melhoraram na prevenção de erros, cometendo cerca de metade dos erros dos qubits físicos que os compunham. Além do mais, essa taxa de erro caiu ainda mais pela metade quando os qubits lógicos quase dobraram de tamanho. Dessa forma, os pesquisadores do Google atingiram um limite em que acreditam que podem continuar aumentando o número de qubits – criando computadores quânticos cada vez maiores – e fazer com que eles se tornem cada vez melhores na execução de cálculos, o que não tem sido uma tendência até agora.

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

Martin Weides da Universidade de Glasgow, no Reino Unido, diz que o novo trabalho estabelece um caminho para a construção de computadores quânticos “tolerantes a falhas” – aqueles que poderiam 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, diz ele, bem como na criptografia e na aprendizagem automática.

O foco na correção de erros em laboratórios acadêmicos e na crescente indústria de computação quântica fez dos avanços em 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 usou qubits feitos de átomos de rubídio extremamente frios para estabelecer o recorde para os qubits mais lógicos já criados. No início deste anopesquisadores 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 queríamos realmente chegar a esse limite. É aqui que estão todos os desafios subjacentes à ciência e à engenharia (da computação quântica)”, diz Kelly.

Em última análise, porém, o maior teste ao impacto do Willow será se ele conseguirá atingir o objetivo que todos os outros computadores quânticos também perseguem – computar de forma confiável algo que é útil, mas não é possível em qualquer computador convencional. Neven diz que o Sycamore já foi usado para fazer descobertas científicas, como na física quântica, mas a equipe está voltada para mais aplicações no mundo actual com Willow. “Estamos caminhando para novos cálculos e simulações que os computadores clássicos não poderiam fazer.”