Ainda pode levar décadas até que os computadores quânticos estejam prontos para resolver problemas que os computadores clássicos de hoje não são rápidos ou eficientes o suficiente para resolver, mas o emergente "computador probabilístico" poderia preencher a lacuna entre a computação clássica e quântica.

Engenheiros da Purdue University e da Tohoku University, no Japão, construíram o primeiro hardware para demonstrar como as unidades fundamentais do que seria um computador probabilístico - chamados p-bits - são capazes de realizar um cálculo que os computadores quânticos normalmente seriam chamados a realizar.

O estudo, publicado em Natureza na quarta-feira (18 de setembro), apresenta um dispositivo que serve como base para a construção de computadores probabilísticos para resolver problemas de forma mais eficiente em áreas como pesquisa de drogas, criptografia e cibersegurança, serviços financeiros, análise de dados e logística da cadeia de suprimentos.

Os computadores atuais armazenam e usam informações na forma de zeros e uns chamados bits. Os computadores quânticos usam qubits que podem ser zero e um ao mesmo tempo. Em 2017, um grupo de pesquisa Purdue liderado por Supriyo Datta, o professor ilustre Thomas Duncan de Engenharia Elétrica e de Computação da universidade, propôs a ideia de um computador probabilístico usando p-bits que podem ser zero ou um a qualquer momento e flutuar rapidamente entre os dois.

"Há um subconjunto útil de problemas solucionáveis ​​com qubits que também podem ser resolvidos com bits-p. Você pode dizer que um bit-p é um 'qubit do pobre homem, "Datta disse.

Considerando que os qubits precisam de temperaturas muito baixas para operar, p-bits funcionam em temperatura ambiente como os eletrônicos de hoje, então o hardware existente pode ser adaptado para construir um computador probabilístico, dizem os pesquisadores.

A equipe construiu um dispositivo que é uma versão modificada da memória magnetorresistiva de acesso aleatório, ou MRAM, que alguns tipos de computadores usam hoje para armazenar informações. A tecnologia usa a orientação de ímãs para criar estados de resistência correspondentes a zero ou um.

Pesquisadores da Universidade Tohoku William Borders, Shusuke Fukami e Hideo Ohno alteraram um dispositivo MRAM, tornando-o intencionalmente instável para facilitar melhor a capacidade de flutuação dos bits-p. Os pesquisadores da Purdue combinaram este dispositivo com um transistor para construir uma unidade de três terminais cujas flutuações poderiam ser controladas. Oito dessas unidades p-bit foram interconectadas para construir um computador probabilístico.

O circuito resolveu com sucesso o que muitas vezes é considerado um problema "quântico":quebrando, ou factoring, números como 35, 161 e 945 em números menores, um cálculo conhecido como fatoração inteira. Esses cálculos estão dentro das capacidades dos computadores clássicos de hoje, mas os pesquisadores acreditam que a abordagem probabilística demonstrada neste artigo ocuparia muito menos espaço e energia.

"Em um chip, este circuito ocuparia a mesma área de um transistor, mas execute uma função que exigiria milhares de transistores para ser executada. Ele também opera de uma maneira que pode acelerar o cálculo por meio da operação paralela de um grande número de bits-p, "disse Ahmed Zeeshan Pervaiz, um Ph.D. estudante de engenharia elétrica e da computação em Purdue.

Realisticamente, centenas de bits-p seriam necessários para resolver problemas maiores, mas isso não está muito longe, dizem os pesquisadores.

"No futuro próximo, p-bits podem ajudar melhor uma máquina a aprender como um ser humano ou otimizar uma rota para que as mercadorias cheguem ao mercado, "disse Kerem Camsari, um associado de pós-doutorado em Purdue em engenharia elétrica e da computação.