Um computador quântico pode ter resolvido um problema em minutos que levaria o supercomputador convencional mais rápido mais de 10, 000 anos. Um rascunho de um artigo de pesquisadores do Google descrevendo a conquista que vazou nos últimos dias, desencadeando uma avalanche de cobertura de notícias e especulação.

Embora a pesquisa ainda não tenha sido revisada por pares - espera-se que a versão final do artigo apareça em breve - se tudo der certo, representaria "o primeiro cálculo que só pode ser executado em um processador quântico".

Isso parece impressionante, Mas o que isso significa?

Computação quântica:o básico

Para entender por que os computadores quânticos são tão importantes, precisamos voltar ao convencional, ou digital, computadores.

Um computador é um dispositivo que recebe uma entrada, realiza uma sequência de instruções, e produz uma saída. Em um computador digital, essas entradas, as instruções e saídas são todas sequências de 1s e 0s (chamadas individualmente de bits).

Um computador quântico faz a mesma coisa, mas usa quantum bits, ou qubits. Onde um bit assume apenas um de dois valores (1 ou 0), um qubit usa a matemática complexa da mecânica quântica, fornecendo um conjunto mais rico de possibilidades.

Construir computadores quânticos requer uma engenharia fenomenal. Eles devem ser isolados para garantir que nada interfira com os delicados estados quânticos dos qubits. É por isso que eles são mantidos em câmaras de vácuo contendo menos partículas do que o espaço sideral, ou em geladeiras mais frias do que qualquer coisa no universo.

Mas ao mesmo tempo, você precisa de uma maneira de interagir com os qubits para executar as instruções sobre eles. A dificuldade desse ato de equilíbrio significa que o tamanho dos computadores quânticos cresceu lentamente.

Contudo, conforme o número de qubits conectados em um computador quântico cresce, torna-se exponencialmente mais complicado imitar seu comportamento com um computador digital. Adicionar um único qubit ao computador quântico pode dobrar a quantidade de tempo que um computador digital levaria para realizar cálculos equivalentes.

No momento em que você chega a 53 qubits - é quantos estão no chip Sycamore usado pelos pesquisadores do Google - o computador quântico pode realizar cálculos rapidamente que levariam nossos maiores computadores digitais (clusters de supercomputação) milhares de anos.

O que é supremacia quântica?

Os computadores quânticos não serão mais rápidos do que os computadores digitais para tudo. Sabemos que eles serão bons em fatorar grandes números (o que é uma má notícia para a segurança online) e simular alguns sistemas físicos como moléculas complexas (o que é uma boa notícia para a pesquisa médica). Mas, em muitos casos, eles não terão nenhuma vantagem, e os pesquisadores ainda estão elaborando exatamente quais tipos de cálculos podem acelerar e em quanto.

Supremacia quântica era o nome dado ao ponto hipotético em que um computador quântico poderia realizar um cálculo que nenhum computador digital concebível poderia realizar em um período de tempo razoável.

Os pesquisadores do Google agora parecem ter realizado tal cálculo, embora o cálculo em si não seja inspirador à primeira vista.

A tarefa é executar uma sequência de instruções aleatórias no computador quântico, em seguida, exiba o resultado da observação de seus qubits. Para um grande número de instruções, isso se torna muito difícil de imitar com um computador digital.

Computadores quânticos úteis ainda não vistos

A ideia de supremacia quântica é popular porque é um marco alcançável - uma moeda valiosa na área altamente competitiva da pesquisa de computação quântica.

A conquista do Google é tecnicamente impressionante porque exigiu programação total no chip de 53 qubit. Mas a tarefa realizada foi projetada especificamente para demonstrar a supremacia quântica, e nada mais. Não se sabe se tal dispositivo pode realizar quaisquer outros cálculos que um computador digital também não pode fazer. Em outras palavras, isso não sinaliza a chegada da computação quântica.

Um computador quântico de uso geral utilizável precisará ser muito maior. Em vez de 53 qubits, isso exigirá milhões. (Estritamente falando, exigirá milhares de qubits quase livres de erros, mas produzi-los envolverá milhões de qubits barulhentos como os do dispositivo do Google.)

A computação quântica ubíqua ainda está longe o suficiente para que tentar prever quando ocorrerá e para quais tarefas úteis será usada é uma receita para constrangimento, porque a história nos ensina que aplicativos imprevistos florescerão à medida que o acesso a novas ferramentas se tornar disponível.

Uma nova ferramenta para a ciência

Do ponto de vista científico, o futuro da computação quântica é agora muito mais emocionante.

Por um lado, a computação quântica está em confronto. Da mesma forma, as saídas dos primeiros computadores digitais podiam ser verificadas por cálculos manuais, as saídas dos computadores quânticos foram até agora verificáveis ​​por computadores digitais.

Este não é mais o caso. Mas isso é bom, porque agora esses novos dispositivos nos fornecem novas ferramentas científicas. O simples funcionamento desses dispositivos produz uma física exótica que nunca encontramos na natureza. Simular a física quântica neste novo regime pode fornecer novos insights em todas as áreas da ciência, desde entendimentos mais detalhados dos processos biológicos até a sondagem dos possíveis efeitos que a física quântica tem no espaço-tempo.

A computação quântica representa uma mudança fundamental que está ocorrendo agora. O que é mais emocionante não é o que podemos fazer com um computador quântico hoje, mas as verdades não descobertas que ele revelará amanhã.

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.