O Google anunciou recentemente que fez um avanço na computação quântica. Seu novo chip quântico de IA "Willow" resolveu uma equação em 5 minutos que um computador tradicional levaria um ano para ser concluída. Esta conquista despertou ampla atenção na comunidade científica e tecnológica global, e também estimulou discussões acaloradas sobre a computação quântica e a sua ligação com a teoria dos universos paralelos. Este artigo se aprofundará nos detalhes técnicos do chip “Willow”, na importância de seu avanço de desempenho e na controvérsia e elogios em torno de seus resultados.
O Google anunciou recentemente que fez um grande avanço no campo da computação quântica, que atraiu grande atenção da comunidade tecnológica global. Seu mais recente chip de IA quântica resolveu uma equação que exigiria que um computador comum funcionasse continuamente por um trilhão de trilhões de anos (um ano) em apenas 5 minutos. Essa surpreendente diferença de velocidade é suficiente para chocar qualquer um.
Gargalos e avanços na computação quântica
Embora a computação quântica pareça moderna e interessante, ela enfrenta há muito tempo problemas de instabilidade. Partículas minúsculas não seguem as regras dos objetos do dia a dia, e mesmo os chips mais avançados podem falhar devido a leves distúrbios em seu estado frágil. Os investigadores têm tentado explorar esta natureza errática há décadas, mas têm sido dificultados pelo facto de os erros se acumularem demasiado rapidamente e serem difíceis de corrigir.
A tecnologia de correção quântica de erros oferece uma solução possível, mas traz suas próprias complicações. Requer a difusão de informações entre vários qubits, as unidades básicas dos dados quânticos, o que é simples na teoria, mas se transforma em um desafio complexo na prática. Se muitos qubits estiverem envolvidos, será difícil manter a taxa de erro abaixo de um certo limite crítico.
Até recentemente, ninguém tinha sido capaz de demonstrar que as taxas de erro poderiam ser reduzidas abaixo de um ponto crítico para códigos projetados especificamente para escalar. A nova arquitetura de chip quântico do Google muda isso.
O incrível desempenho dos chips "Willow"
O cientista quântico Hartmut Neven, fundador do Quantum AI Lab do Google, chamou o desempenho do chip Willow de “surpreendente”. Os resultados dos seus cálculos de alta velocidade “apoiam a ideia de que a computação quântica ocorre em muitos universos paralelos”, acrescentou. O artigo também mencionou o físico David Deutsch da Universidade de Oxford, que teorizou que o desenvolvimento bem-sucedido de computadores quânticos poderia apoiar a "interpretação de muitos mundos" da mecânica quântica e a existência de um multiverso.
Deutsch é um pioneiro na computação quântica desde a década de 1970. O objetivo de sua pesquisa em computação quântica é mais verificar sua teoria do multiverso.
O conceito de universos paralelos
Universos paralelos, também conhecidos como universos alternativos ou universos múltiplos, referem-se à possibilidade de que outras realidades existam ao lado da nossa. Imagine que o nosso universo é apenas uma bolha numa vasta bolha cósmica, cada bolha sendo um universo diferente com as suas próprias leis únicas de física, história e até diferentes versões de nós mesmos.
Os cientistas exploram este conceito através de teorias como a do multiverso, que sugerem que podem existir inúmeros outros universos, cada um com o seu próprio conjunto de possibilidades. Embora ainda não tenhamos encontrado evidências tangíveis de universos paralelos, a ideia suscita discussões interessantes sobre a natureza da realidade e o que está além do que vemos e entendemos atualmente.
Polêmica e elogios coexistem
No entanto, o astrofísico que virou autor Ethan Siegel discorda do Google. Ele acusou o Google de “confundir conceitos não relacionados, e Nevin deveria saber disso”.
Siegel explicou que Nevin confundiu o espaço matemático em que ocorre a mecânica quântica com os conceitos de universos paralelos e multiversos. Segundo Siegel, mesmo que os computadores quânticos tenham sucesso, não serão capazes de provar a existência de universos paralelos.
Apesar da discordância, Siegel elogiou a conquista do Google com o chip Willow, chamando-o de “um avanço verdadeiramente notável na computação quântica”. Ele acredita que esta descoberta poderá ajudar a resolver alguns dos maiores problemas da Terra, como a descoberta de novos medicamentos, a concepção de melhores baterias para veículos eléctricos e o avanço da fusão e de novas fontes de energia.
Nevin ecoou o mesmo otimismo, dizendo: "Muitas dessas futuras aplicações revolucionárias não são viáveis em computadores convencionais; elas estão esperando para serem desbloqueadas através da computação quântica."
Avanço tecnológico do chip "Willow"
O chip “Willow” é o mais recente processador supercondutor projetado pela equipe de IA quântica do Google. Ao contrário dos dispositivos mais antigos que lutavam para controlar erros, a Willow leva o desempenho a uma nova zona, suportando tecnologia projetada para fazer com que a correção quântica de erros realmente cumpra sua promessa.
Este sistema satisfaz as condições de uma abordagem específica conhecida como “codificação de superfície”. As tentativas anteriores encontraram um obstáculo na adição de mais qubits, mas Willow rompe essa barreira.
Distância de código e correção de erros quânticos
As estruturas de correção quântica de erros geralmente se referem a algo chamado “distância do código”. Simplificando, isso representa o número de qubits usados para proteger um bloco de dados quânticos. Se certas condições forem atendidas, distâncias maiores (como aumentar a distância do código de 3 para 5 para 7) deverão reduzir a probabilidade geral de falha.
Em novos dispositivos, a taxa de erro lógico é reduzida pela metade a cada nível adicional de distância. Essas melhorias têm sido um objetivo importante dos pesquisadores da computação quântica.
De acordo com as descobertas publicadas, o cientista quântico Hartmut Nevin, fundador do Quantum AI Lab do Google, disse: "Willow concluiu um cálculo de benchmark padrão em cinco minutos, um dos supercomputadores mais rápidos da atualidade. Levará 10 anos para ser concluído."
Desempenho duradouro e correção de erros em tempo real
A execução de um teste por apenas alguns ciclos pode não revelar o quadro completo da estabilidade do sistema. O novo chip quântico do Google supera esse problema aumentando o desempenho para um milhão de ciclos. O dispositivo mantém seu desempenho abaixo do limite em escalas de tempo que normalmente deixariam outros sistemas com falta de ar. Manter a precisão da decodificação em tempo real durante um período tão longo não é uma tarefa fácil.
A equipe por trás de “Willow” organizou suas operações para que as correções pudessem ser aplicadas instantaneamente. Este método garante que o chip não saia do caminho.
“Vemos a Willow como um passo importante em nossa jornada para a construção de computadores quânticos úteis”, disse o CEO do Google, Sundar Pichai.
Além dos gargalos tradicionais
Os supercomputadores tradicionais usam bilhões de pequenos switches que funcionam de maneira bem compreendida para lidar com tarefas complexas. Em contraste, os computadores quânticos exploram fenómenos que não podem ser reduzidos a atalhos clássicos. Até agora, o problema tem sido como manter vivos estados quânticos delicados por tempo suficiente para completar cálculos significativos.
Com Willow, a equipe mostrou que os qubits podem trabalhar juntos de forma que os erros não saiam do controle. A demonstração mostra que os chips quânticos podem avançar em direção à computação além do que os sistemas convencionais podem suportar.
O futuro da computação quântica
O objetivo do Google é usar hardware que possa passar nesses rigorosos testes de confiabilidade para provar que a computação quântica não continuará sendo um problema de brinquedo para sempre.
Aumentar a distância do código sem perder os recursos de correção de erros sugere que um grande número de qubits poderá um dia alimentar algoritmos relevantes para tarefas do mundo real, como acelerar simulações complexas, melhorar processos de descoberta de medicamentos e explorar métodos para armazenamento de energia.
O sucesso da Willow em atingir taxas de erro abaixo do limite durante longos períodos de tempo pode encorajar os esforços das indústrias que têm esperado por fortes evidências de que o hardware quântico se tornará uma ferramenta confiável.
Embora a correção de erros se torne rotina, o objetivo da correção quântica de erros nunca é eliminar completamente os erros, mas torná-los tão raros que uma máquina possa executar cálculos até o fim.
Se os projetos futuros se basearem nos recursos de estabilidade e escalabilidade do Willow, talvez um dia essa correção aconteça em segundo plano, invisível para os usuários. Atingir esse nível de tolerância a falhas poderia permitir que os computadores quânticos lidassem com cargas de trabalho muito além do alcance do hardware clássico. Isto revela maneiras práticas de dimensionar essas máquinas incríveis.
A colaboração global impulsiona a correção quântica de erros
Os esforços do Google Quantum AI e de outros grupos globais não são isolados. O campo da correção quântica de erros tem atraído a atenção de muitos pesquisadores que trabalham para encontrar caminhos para dispositivos práticos.
Na última década, pesquisas mostraram a importância de certos designs de rede e qubits lógicos organizados em layouts cuidadosos. Willow agora mostra que com a arquitetura de chip correta e o esquema de correção de erros, o limite pode ser ultrapassado.
Isso aproxima todo o campo da construção de máquinas que possam resolver problemas úteis. Embora a jornada ainda não tenha terminado, uma peça importante do quebra-cabeça já está montada.
O sucesso do chip “Willow” do Google marca um marco importante no campo da computação quântica. Embora ainda enfrente desafios, os seus avanços na correção de erros e na escalabilidade abrem caminho para a aplicação prática de computadores quânticos no futuro e trazem esperança para resolver muitos problemas globais. Esta tecnologia terá, sem dúvida, um impacto profundo no desenvolvimento tecnológico futuro.