Renderização do supercomputador quântico proposto pela IBM
IBM
Em menos de cinco anos, teremos acesso a supercomputadores quânticos livres de erros – afirma a IBM. A empresa apresentou um roteiro para a construção desta máquina, chamada Starling, que está programada para estar disponível para pesquisadores da academia e da indústria em 2029.
“Este é um sonho científico que virou engenharia”, disse ele Jay Gambet na IBM. Ele disse que ele e seus colegas já desenvolveram todas as peças necessárias para tornar Starling um sucesso, e isso lhes dá confiança em seu ambicioso cronograma. O novo dispositivo ficará instalado em um data center em Nova York, e Gambetta disse que poderá ser útil para fabricantes de novos produtos químicos e materiais. Esses computadores são considerados particularmente adequados para simular materiais no nível quântico.
A IBM construiu uma frota inteira de computadores quânticos, mas o caminho para um dispositivo verdadeiramente útil não é fácil – nem é isento de concorrência. Os erros continuam a prejudicar muitas tentativas de usar efeitos quânticos para resolver problemas que os melhores supercomputadores convencionais não conseguem.
Portanto, construir um computador quântico que possa corrigir os seus próprios erros – um computador que seja “tolerante a falhas” – é fundamental. Da mesma forma, tornando esses dispositivos maiores e mais potentes. Não houve consenso sobre a melhor abordagem para superar estes dois desafios, pelo que a equipa de investigação prosseguiu uma variedade de estratégias.
Todos os computadores quânticos dependem de bits quânticos, ou qubits, mas algumas equipes fabricam esses blocos de construção a partir de partículas leves, outras a partir de átomos super-resfriados e, no caso de Starling, a IBM usará outra variante – qubits supercondutores. Para torná-la maior e mais tolerante a falhas, a IBM aposta em duas inovações.
Primeiro, Starling implantará novas conexões entre seus qubits, incluindo qubits distantes. Cada qubit será incorporado em um chip, e os pesquisadores desenvolveram um novo hardware para conectar esses componentes em um único chip e para conectar diferentes chips. Isso permitirá que tornem o Starling maior e capaz de executar programas mais complexos, em comparação com seu antecessor.
Gambetta disse que Starling será capaz de realizar 100 milhões de operações quânticas usando dezenas de milhares de qubits – os maiores computadores quânticos têm atualmente cerca de 1.000 qubits físicos. Nesse caso, os qubits seriam agrupados em cerca de 200 “qubits lógicos”. Dentro de cada um desses qubits, vários qubits trabalham juntos como uma única unidade de computação tolerante a erros. O número recorde de qubits lógicos é 50 e atualmente pertence à empresa de computação quântica Quantinuum.
A IBM também usará uma nova receita de software para combinar qubits físicos em qubits lógicos chamados código LDPC, o que é um desvio importante da forma como os qubits lógicos foram criados anteriormente em outros computadores quânticos supercondutores. Gambetta disse que usar LDPC em sistemas quânticos já foi visto como “uma quimera”, mas sua equipe agora desenvolveu os detalhes importantes para implementá-lo.
A vantagem desta abordagem pouco convencional é que cada qubit lógico criado com a receita LDPC requer menos qubits físicos do que os métodos concorrentes. Como resultado, a correção de erros pode ser feita mais rapidamente, com dispositivos menores e mais fáceis de fabricar.
“A IBM tem sido muito boa em definir roteiros ambiciosos ao longo dos anos e alcançar grandes coisas”, disse ele Stephen Bartlett na Universidade de Sydney, na Austrália. “Eles fizeram muitas inovações e melhorias nos últimos cinco anos, mas esta é uma verdadeira mudança radical.” Ele disse que o novo hardware que conectará qubits remotos e o novo código qubit lógico são uma mudança em relação aos dispositivos de bom desempenho que a IBM fabricou anteriormente – e esses dispositivos precisam ser testados extensivamente. “Parece promissor, mas na verdade requer um pouco de fé”, disse Bartlett.
Mateus Otten da Universidade de Wisconsin-Madison disse que o código LDPC quântico só foi seriamente desenvolvido nos últimos anos, e o roteiro da IBM preenche quaisquer lacunas sobre como ele pode funcionar na prática. Isto é importante porque pode ajudar os investigadores a identificar possíveis barreiras e compromissos práticos, disse ele. Por exemplo, ele disse que Starling pode funcionar mais lentamente do que os computadores quânticos supercondutores existentes.
No tamanho planejado, este dispositivo poderá resolver problemas relevantes para setores como a indústria farmacêutica. Aqui, simular pequenas moléculas ou proteínas em computadores quânticos como Starling poderia substituir etapas experimentais caras e onerosas no processo de desenvolvimento de medicamentos, disse Otten.
A IBM não é o único player na indústria de computação quântica que corre abertamente em direção ao próximo avanço. Por exemplo, a Quantinuum também tem planos para construir máquinas tolerantes a falhas em escala de serviço público até 2029, e a PsiQuantum planeja construir um supercomputador quântico até 2027. “Acredito muito na competição”, disse Gambetta.
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