A computação quântica está a transformar o caminho da ciência: uma análise aprofundada do mais recente avanço da IBM

Na comunidade científica, à espera de computadores quânticos maiores e mais poderosos, a International Business Machines Corporation (IBM) e um grupo de investigadores tentaram provar que esses sistemas já podem ser utilizados hoje. Eles conseguiram.

Uma pré-impressão publicada na plataforma arXiv na quarta-feira mostra que cientistas da IBM, em colaboração com dois laboratórios nacionais e três universidades, conseguiram usar um computador quântico para simular um processo que não pode ser observado a olho nu, mas que tem valor na área da ciência dos materiais.

Os investigadores utilizaram a técnica de dispersão de nêutrons (que envolve a passagem de um feixe de nêutrons através de uma amostra) para medir as propriedades de cristais magnéticos e compararam os resultados das medições diretamente com os resultados da simulação realizada em um computador quântico da IBM. No final, o processador quântico demonstrou com sucesso o padrão de comportamento esperado do cristal.

Se esta descrição parecer um pouco complexa, vejamos a interpretação dos próprios investigadores: o físico Alan S. de Los Alamos National Laboratory afirmou que este resultado “eleva o limiar das expectativas em relação às capacidades dos computadores quânticos”.

(Esquerda: resultados do experimento de dispersão de nêutrons; direita: resultados da simulação do computador quântico da IBM) Fonte da imagem: IBM

Os sistemas de materiais em nível quântico são extremamente complexos, e os computadores tradicionais muitas vezes têm dificuldade em modelá-los. O fato de que um computador quântico conseguiu completar essa tarefa marca um momento em que esses sistemas estão se tornando suficientemente poderosos para ajudar no desenvolvimento de novos materiais.

Isso também corrobora a perspectiva de aplicação da tecnologia quântica na ciência dos materiais — uma disciplina que é a base de quase todas as invenções modernas, desde dispositivos médicos até semicondutores e baterias.

Os cenários de aplicação da computação quântica estão começando a se esclarecer. No início deste mês, a IBM lançou um plano para centros de dados que visa integrar computadores quânticos com GPUs e CPUs existentes. Para além da ciência dos materiais, essa tecnologia também terá um impacto profundo nas indústrias financeira e farmacêutica. Alguns otimistas da indústria acreditam que ela poderá reduzir significativamente o consumo de energia em tarefas de alto desempenho.

Atualmente, especialistas da indústria e investidores no campo quântico já ajustaram as suas expectativas para baixo. Antes que os computadores quânticos sejam amplamente comercializados, ainda será difícil considerá-los realmente “utilizáveis”. Para que isso aconteça, a escalabilidade deve ser alcançada.

Apesar disso, a capacidade demonstrada pela IBM no mais recente experimento era originalmente esperada apenas quando computadores quânticos de grande escala e com capacidade de tolerância a falhas aparecessem — ou seja, aqueles que ainda podem operar normalmente mesmo se alguns componentes falharem ou forem afetados por interferências.

Assim como os computadores tradicionais codificam informações básicas em bits, os computadores quânticos dependem de qubits. No entanto, existem diferenças fundamentais entre os dois: os qubits são geralmente gerados manipulando e medindo partículas como fótons, elétrons ou íons aprisionados.

Além disso, ao contrário dos bits tradicionais, os qubits são extremamente sensíveis a mudanças no ambiente — qualquer fator, desde calor até interferência eletromagnética — pode perturbar seu frágil estado quântico, causando falhas no computador.

O objetivo da IBM é entregar seu primeiro supercomputador quântico tolerante a falhas, codinome “Starling”, até 2029, e espera-se que sua capacidade de processamento seja 20.000 vezes maior do que a dos computadores quânticos atuais.

Nos próximos três anos, muitas mudanças podem — e certamente vão — ocorrer. O mais recente experimento da IBM é apenas o começo.