Os computadores já têm um deus, o Deus das máquinas. Eles se chama Google e agora se julga onisciente e onipresente. 

O que andam dizendo:

No mês passado, o mundo da computação quântica se iluminou com a notícia de que o Google poderia ter alcançado a supremacia quântica. Uma versão preliminar de um artigo apareceu no site da NASA alegando isso, mas foi rapidamente retirada. Agora, a versão final do mesmo artigo foi publicada na Revista Nature, reivindicando formalmente o que havia sido implicado anteriormente pelo rápido aparecimento e desaparecimento do rascunho.

O Google argumenta que alcançou a supremacia quântica mostrando um computador quântico capaz de resolver um problema que nenhum computador clássico poderia computar em um período de tempo razoável (até 36 meses para máquinas Microsoft, até 120 meses para os Apple).

Para alcançar a supremacia quântica, o Google precisa demonstrar que um computador quântico executou uma série de operações em velocidades que os computadores clássicos (convencionais) são literalmente incapazes de alcançar. 

Há problemas que um computador convencional moderno não consegue resolver usando os métodos atuais, até que sua morte seja decretada pela obsolescência. 

Os cientistas, no entanto, têm uma tendência irritante de encontrar maneiras mais rápidas de calcular cargas de trabalho, melhorando os algoritmos subjacentes usados para isso. Escrever algoritmos com a máxima eficiência é um tópico incrivelmente complexo, abordando tudo, desde os recursos da plataforma de hardware até o idioma e o compilador usados para gerar o código subjacente. Encontrar novos atalhos e métodos mais eficientes de resolver problemas é uma das principais maneiras de melhorarmos a velocidade da análise de dados complexos na computação clássica da HPC, além do impacto da Lei de Moore e de outras melhorias de hardware.

Apenas alguns dias atrás, antes da publicação formal do artigo no Google, a IBM publicou um documento alegando que há uma maneira de executar a carga de trabalho escolhida pelo Google em uma máquina clássica. O Google alega que eles alcançaram a supremacia quântica porque o “processador Sycamore da empresa leva cerca de 200 segundos para amostrar uma instância de um circuito quântico um milhão de vezes – nossos benchmarks atualmente indicam que a tarefa equivalente a um supercomputador clássico de última geração levaria aproximadamente 10.000 anos.”

Responde a IBM:

Como discutimos nesse artigo, o armazenamento secundário pode estender o alcance computacional dos supercomputadores para a simulação de circuitos quânticos… Estimamos que no supercomputador Summit da Oak Ridge National Laboratories, o armazenamento secundário permite a simulação de circuitos Sycamore de 53 e 54 bits com alta fidelidade à profundidade arbitrária … Em particular, para 20 ciclos do padrão de entrelaçamento ABCDCDAB, projetado especificamente para desafiar algoritmos de simulação clássicos, estimamos que os cálculos levem aproximadamente dois dias e meio.

O Google está dizendo que alcançou a supremacia quântica executando um cálculo que não pode ser realizado em um sistema clássico em um período de tempo razoável. 

A IBM contesta a capacidade do Google de reivindicar a coroa da supremacia quântica, argumentando que não, o Google realmente não alcançou a supremacia quântica porque a IBM estima que poderia estender um supercomputador de maneiras específicas que permitissem concluir o mesmo cálculo em 2,5 dias.

Esta é uma refutação fraca da parte da IBM. Por um lado, o Google está descrevendo algo que já fez, enquanto a IBM está descrevendo algo que teorizou que poderia ser feito. Por outro lado, levantar um computador quântico e dizer: “Encontramos uma maneira de executar uma tarefa muito mais rapidamente do que um computador clássico faz hoje”, ainda é relevante para o escopo mais amplo de pesquisa e aprimoramento quântico. Se o trabalho que está sendo feito na computação quântica estimula um trabalho que leva a algoritmos de computação clássica mais eficientes, isso é vantajoso para todas as partes, no que diz respeito ao desenvolvimento de software.

Das máquinas clássicas ao processamento quântico

Pode ser mais fácil entender a relação entre a computação quântica e a clássica, referindo-se aos primeiros dias da computação digital. Embora os computadores digitais tenham ultrapassado os computadores analógicos, as primeiras máquinas digitais eram sistemas eletromecânicos baseados em relés muito mais lentos que os computadores analógicos da época. Havia alguns híbridos de computador digital-analógico significativos que aproveitaram os melhores recursos dos dois mundos antes que os computadores digitais assumissem completamente o cenário da fabricação.

Se você pensar a partir dessa perspectiva, a “supremacia digital” não foi um evento único. Os computadores analógicos melhoraram ao longo das décadas em que estavam em uso, assim como os computadores digitais, e os melhores sistemas analógicos de 1960 foram mais rápidos e mais capazes do que o melhor computador analógico de 1920. Porém, as máquinas digitais melhoraram mais rapidamente e foram capazes de abordar uma variedade muito maior de problemas. Os computadores digitais substituíram os sistemas analógicos ao longo do tempo.

Uma distinção importante entre computação quântica e clássica, em comparação com digital versus analógica, é que ninguém espera que computadores quânticos substituam máquinas clássicas. Os computadores quânticos precisam de nitrogênio líquido para operar e não há como duplicar esse tipo de configuração de resfriamento em uma caixa que você colocaria embaixo da mesa ou no bolso. 

Não estamos olhando para o mesmo tipo de ciclo de substituição de longo prazo, neste caso, mas devemos esperar que, à medida que os computadores quânticos e clássicos continuem evoluindo, os computadores clássicos continuarão sendo capazes de abordar testes que antes não conseguiam calcular com eficiência. Os computadores quânticos, no entanto, aumentarão suas capacidades nesses testes de uma maneira fundamentalmente diferente.

Aceleração quântica

Scott Aaronson, especialista em computação quântica, destaca esse ponto, escrevendo: “Com um chip de 53 qubit, é perfeitamente possível ver uma aceleração por um fator de muitos milhões, em um regime em que você ainda pode verificar diretamente as saídas e também para ver se a aceleração está crescendo exponencialmente com o número de qubits, exatamente como a análise assintótica previa.

Em outras palavras, mesmo se houver uma aceleração inteligente que possa simular essa solução específica em um computador clássico, o rápido crescimento no número de qubits em um computador quântico universal logo impedirá que essas soluções funcionem. À medida que o número de qubits disponíveis aumenta, o número de problemas que a computação quântica pode resolver também aumenta.

Então? …O Google alcançou absolutamente a supremacia quântica? Parece assim por enquanto, embora muitas pessoas de olhos muito aguçados estejam dissecando este artigo nos próximos dias e semanas. Enquanto a IBM está tentando argumentar que não, não vê muitos cientistas ecoando essa afirmação. Por muitos anos, houve perguntas reais sobre se era possível construir um computador quântico. Hoje, os pesquisadores estão discutindo como construir máquinas que podem executar um trabalho útil. 

Mesmo que o artigo original publicado pelo Google seja definitivamente enterrado, a questão da supremacia quântica permanece não como uma questão de “se”, mas de “quando”.

Extraído de Medium Magazine em 17 de Março de 2020