Rastreando a incerteza:o Google aproveita a mecânica quântica no laboratório da Califórnia

O Google tem cerca de 20 computadores quânticos em seu laboratório em Santa Bárbara, onde Erik Lucero e sua equipe estão tentando forjar o futuro da computação.

Lá fora, o sol ameno de setembro aquece uma costa idílica, enquanto a Califórnia se aquece em mais um dia perfeito.
No interior, faz menos 460 Fahrenheit (-273 Celsius) em alguns pontos, bolsões de frio que eriçam com a física impossível da mecânica quântica – uma ciência na qual as coisas podem existir simultaneamente, não existir e também ser algo intermediário.

Este é o laboratório de IA quântica do Google, onde dezenas de pessoas superinteligentes trabalham em um escritório equipado com paredes de escalada e bicicletas elétricas para moldar a próxima geração de computadores – uma geração que será diferente de tudo que os usuários têm atualmente em seus bolsos ou escritórios.

"É um novo tipo de computador que usa a mecânica quântica para fazer cálculos e nos permite resolver problemas que de outra forma seriam impossíveis", explica Erik Lucero, engenheiro-chefe do campus perto de Santa Barbara.

"Ele não vai substituir seu telefone celular, seu desktop; vai funcionar em paralelo com essas coisas."

A mecânica quântica é um campo de pesquisa que os cientistas dizem que poderia ser usado um dia para ajudar a limitar o aquecimento global, projetar sistemas de tráfego urbano ou desenvolver novas drogas poderosas.

As promessas são tão grandes que governos, gigantes da tecnologia e startups de todo o mundo estão investindo bilhões de dólares nela, empregando alguns dos maiores cérebros do mundo.

Os computadores quânticos não substituirão os telefones celulares e os desktops, mas trabalharão ao lado deles.

O gato de Schrodinger

A computação antiquada é construída sobre a ideia de certeza binária:dezenas de milhares de "bits" de dados que estão definitivamente "ligados" ou "desligados", representados por um ou zero.

A computação quântica usa incerteza:seus "qubits" podem existir em um estado de unidade e zero no que é chamado de superposição.

A ilustração mais famosa de uma superposição quântica é o gato de Schrõdinger — um animal hipotético trancado em uma caixa com um frasco de veneno que pode ou não quebrar.

Enquanto a caixa está fechada, o gato está simultaneamente vivo e morto. Mas uma vez que você interfere no estado quântico e abre a caixa, a questão da vida ou morte do gato é resolvida.

Os computadores quânticos usam essa incerteza para realizar muitos cálculos aparentemente contraditórios ao mesmo tempo – um pouco como ser capaz de percorrer todas as rotas possíveis em um labirinto de uma só vez, em vez de tentar cada uma em série até encontrar o caminho certo.

Perfeitamente compreensível:o experimento mental de Erwin Schrõdinger tinha um gato em uma caixa que estava vivo e morto até ser observado.

A dificuldade para os projetistas de computadores quânticos é fazer com que esses qubits mantenham sua superposição por tempo suficiente para fazer um cálculo.

Assim que algo interfere com eles - ruído, sujeira, temperatura errada - a superposição entra em colapso e você fica com uma resposta aleatória e provavelmente sem sentido.

O computador quântico que o Google exibiu aos jornalistas se assemelha a um bolo de casamento steampunk pendurado de cabeça para baixo em uma estrutura de suporte.

Cada camada de metal e fios curvos fica progressivamente mais fria, até o estágio final, onde o processador do tamanho da palma da mão é resfriado a apenas 10 Millikelvin, ou cerca de -460 Fahrenheit (-273 Celsius).

Essa temperatura - apenas um tom acima do zero absoluto, a temperatura mais baixa possível no universo - é vital para a supercondutividade da qual o design do Google se baseia.

Embora o computador de camada de bolo não seja enorme - cerca de meia pessoa de altura - uma quantidade decente de espaço de laboratório é ocupada com o equipamento para resfriá-lo - os tubos voam no alto com diluições de hélio comprimindo e expandindo, usando o mesmo processo que mantém sua geladeira resfriado.

Na parte inferior do computador de camadas, são apenas 10 Milikelvins, praticamente o mais frio que pode ser em qualquer lugar do universo.

Futuro

Mas... o que tudo isso realmente faz?

Bem, diz Daniel Lidar, especialista em sistemas quânticos da Universidade do Sul da Califórnia, é um campo que promete muito quando amadurece, mas que ainda é uma criança.

"Aprendemos a engatinhar, mas certamente ainda não aprendemos a andar, pular ou correr", disse ele à AFP.

A chave para seu crescimento será resolver o problema dos colapsos superposicionais - a abertura da caixa do gato - para permitir cálculos significativos.

À medida que esse processo de correção de erros melhora, problemas como a otimização do tráfego urbano, que é extremamente difícil em um computador clássico por causa do número de variáveis independentes envolvidas – os próprios carros – podem ficar ao alcance, disse Lidar.

“Em um computador quântico (com erros corrigidos), você pode resolver esse problema”, disse ele.

Os computadores quânticos poderão um dia otimizar o fluxo de tráfego nas cidades, banindo o engarrafamento para sempre.

Para Lucero e seus colegas, essas possibilidades futuras valem a dor de cabeça.

"A mecânica quântica é uma das melhores teorias que temos hoje para experimentar a natureza. Este é um computador que fala a linguagem da natureza.

“E se quisermos descobrir esses problemas realmente desafiadores, para ajudar a salvar nosso planeta e coisas como as mudanças climáticas, do que ter um computador que possa fazer exatamente isso, eu gostaria disso”. + Explorar mais