A computação quântica, um campo ainda em desenvolvimento, enfrenta desafios consideráveis para alcançar cálculos sofisticados e consistentes. Um consenso entre especialistas sugere que a computação quântica corrigida de erros — uma tecnologia que poderia eliminar falhas nas operações — ainda levará anos para ser alcançada, provavelmente até o final da década. No entanto, a IBM, uma das líderes na pesquisa em computação quântica, está apostando que será possível realizar cálculos úteis e limitados antes disso. Em seu último anúncio, a empresa compartilhou uma série de desenvolvimentos que podem ajudar a atingir essa meta.
Evolução dos Sistemas da IBM
Embora cada atualização feita pela IBM não seja revolucionária isoladamente, os avanços no hardware e no software, em conjunto, estão tornando o sistema mais eficiente e menos suscetível a erros. Esse progresso levou a IBM a afirmar que seu hardware pode agora sustentar os cálculos mais complexos já realizados. A empresa espera que essa evolução permita aos seus usuários identificar cálculos nos quais o hardware quântico possa ter uma vantagem real.
Melhoria no Hardware de Processamento
No início, a IBM focou no rápido aumento do número de qubits, alcançando pela primeira vez a marca de 1.000 qubits. Contudo, o uso de muitos qubits em um único cálculo elevava a taxa de erro. Agora, a IBM está aprimorando o desempenho de processadores menores, e a atualização mais recente introduziu a segunda versão do processador Heron, com 133 qubits. Esse número ainda ultrapassa a capacidade de simulação de computadores clássicos, desde que o sistema possa operar com baixos índices de erro.
Eliminação de Erros nos Sistemas de Dois Níveis
A IBM fez ajustes significativos para combater um tipo de erro chamado de “erro de sistema de dois níveis” (TLS). Jay Gambetta, vice-presidente da IBM, explicou que esses erros surgem quando estruturas eletrônicas na superfície do processador interferem com os qubits, levando-os a perder a coerência quântica. A empresa conseguiu mitigar esses problemas ajustando as frequências operacionais dos qubits, o que é feito durante o processo de calibração do chip Heron.
Atualizações no Software de Controle
Além das melhorias no hardware, a IBM reescreveu o software que controla o sistema quântico, o que aumentou significativamente a velocidade das operações. Segundo Gambetta, operações que antes levavam até 122 horas agora podem ser concluídas em apenas algumas horas. Essa eficiência reduz o tempo de execução e, consequentemente, minimiza a chance de erros aleatórios, o que é vantajoso para os clientes.
A Questão dos Erros e a Mitigação
Apesar das melhorias, os erros continuam sendo uma realidade na computação quântica. Para contornar isso, a IBM vem investindo em uma técnica chamada de “mitigação de erros”, que consiste em amplificar e medir o ruído do processador para estimar o comportamento real da operação sem interferências. Essa técnica exige um cálculo intenso e pode se tornar difícil à medida que o número de qubits aumenta. No entanto, a IBM otimizou o processo, usando métodos algorítmicos avançados e GPUs para acelerar o cálculo.
Desafios da Mitigação de Erros
A mitigação de erros não elimina completamente os desafios computacionais, mas permite que o método seja usado em circuitos quânticos maiores antes que se tornem inviáveis. Essa capacidade ampliada de mitigação permite à IBM realizar simulações e cálculos mais complexos, aumentando as possibilidades de uso da computação quântica para pesquisas científicas.
Simulações no Modelo de Ising
Utilizando essas técnicas, a IBM conseguiu modelar um sistema quântico chamado de modelo de Ising, realizando com sucesso 5.000 operações quânticas (chamadas “gates”). Esse modelo demonstrou ser uma forma eficaz de explorar o potencial de cálculos quânticos, oferecendo uma precisão de 10% na estimativa de um observável — o que significa que o sistema pode fornecer resultados confiáveis em experimentos controlados.
Aplicações Científicas em Estrutura Eletrônica
Com essa tecnologia, a IBM já está explorando o uso de computação quântica para simular a estrutura eletrônica de compostos químicos simples, como compostos de ferro-enxofre. Segundo Gambetta, essa aplicação mostra que a computação quântica começa a se tornar uma ferramenta científica viável, com potencial de revolucionar áreas como química quântica e ciências dos materiais.
Computação Quântica x Computação Clássica
Apesar dos avanços, a computação quântica ainda não consegue superar consistentemente os métodos clássicos em todos os aspectos. O desafio de definir a “vantagem quântica” — quando uma operação realizada em computadores quânticos é claramente superior a qualquer método clássico — permanece em aberto. Gambetta destacou que, para superar os métodos clássicos, a computação quântica precisa passar por várias iterações de aprimoramento e testes científicos.
Futuro da Vantagem Quântica
A IBM acredita que estamos a poucos anos de alcançar uma vantagem significativa sobre os métodos clássicos, mas reconhece que esse é um processo gradual, que exige o avanço de algoritmos e uma colaboração próxima com pesquisadores de domínio. Esse desenvolvimento contínuo é essencial para que a computação quântica atinja seu pleno potencial.
Expectativas para a Computação Quântica nos Próximos Anos
A IBM continua a investir em pesquisa para expandir as capacidades de seus sistemas quânticos e superar as limitações atuais. A empresa espera que, com melhorias contínuas e avanços na mitigação de erros, a computação quântica se torne uma alternativa robusta para resolver problemas complexos em várias áreas científicas e industriais.
Resumo para quem está com pressa
- Computação quântica com correção de erros completa só deve estar disponível no final da década.
- A IBM aposta em cálculos limitados, mas úteis, com seu processador quântico Heron de 133 qubits.
- A empresa aprimorou o hardware e reescreveu o software, acelerando operações de 122 horas para poucas horas.
- Mitigação de erros é a técnica atual usada para compensar erros inevitáveis durante cálculos complexos.
- Aplicações iniciais incluem simulações de estrutura eletrônica de compostos químicos simples.
- A vantagem quântica sobre métodos clássicos ainda está em desenvolvimento, com expectativa de avanços nos próximos anos.
