Uma nova lei para descrever a velocidade do desenvolvimento de computadores quânticos?

A lei de Niven diz que os computadores quânticos melhoram com "dupla velocidade exponencial". Se ele pode resistir ao teste do tempo, aguarde que a superioridade quântica não demore muito.

Foxtail Quantum Processor do Google

Em dezembro de 2018, os cientistas do Google AI realizaram cálculos sobre o melhor processador quântico do Google. Eles foram capazes de reproduzir esses cálculos em um laptop comum. Então, em janeiro, eles lançaram o mesmo teste em uma versão aprimorada do chip quântico. Desta vez, eles precisavam de um computador desktop poderoso para simular o resultado. E em fevereiro, eles não tinham mais os computadores clássicos capazes de simular seus rivais quânticos. Para fazer isso, os pesquisadores tiveram que solicitar o tempo do processador em uma enorme rede de servidores.

"Em fevereiro, tive que fazer algumas ligações e dizer:" Ei, precisamos de mais cotas ", disse Hartmut Niven , diretor do Laboratório de Inteligência Artificial Quântica do Google. "Executamos tarefas que exigiam um milhão de processadores."

Essa rápida melhoria levou ao chamado Lei de Niven, uma nova regra que descreve a rapidez com que computadores quânticos alcançam computadores clássicos. A regra nasceu como uma observação interna e somente então Niven a mencionou em maio no simpósio do Google Quantum Spring. Lá, ele disse que os computadores quânticos aumentam o poder de computação em comparação com os clássicos com velocidade "dupla exponencial" - movimento incrivelmente rápido.

Com o crescimento exponencial duplo, "a princípio parece que nada está acontecendo, nada está acontecendo, e então oh - e de repente você está em outro mundo", disse Niven. "É isso que estamos observando."

Mesmo o crescimento exponencial é um fenômeno bastante rápido. Isso significa que uma certa quantidade cresce, à medida que os poderes de dois: 2 ¹ , 2 ² , 2 ³ , 2 ⁴ . A princípio, o aumento não é tão perceptível, mas os subsequentes são enormes. A Lei de Moore, a famosa regra que dobra o poder de computação aproximadamente a cada dois anos, é exponencial.

O crescimento exponencial duplo parece mais significativo. Em vez de aumentar os graus de dois, o valor aumenta conforme os graus do grau de dois: 2 ^{2 1} , 2 ^{2 2} , 2 ^{2 3} , 2 ^{2 4} . O crescimento exponencial duplo foi destacado em um artigo recente, “ Especialistas em computação expandindo os limites do conhecimento testável ” , e descreveu a enorme taxa de crescimento da complexidade de certos problemas computacionais. O duplo crescimento exponencial é tão único que lhe é difícil encontrar exemplos no mundo real. E a velocidade do progresso na computação quântica pode ser o primeiro exemplo desse tipo.

A dupla velocidade exponencial com a qual, de acordo com Niven, os computadores quânticos estão alcançando os computadores clássicos, é o resultado de uma combinação de dois fatores exponenciais. Primeiro, os computadores quânticos têm uma vantagem exponencial interna em relação aos clássicos: se, por exemplo, existem quatro qubits em um circuito quântico, então seu poder de computação é comparável a um circuito de 16 bits comuns. Isso seria verdade mesmo sem uma melhoria na tecnologia quântica.

O segundo fator exponencial aparece devido à rápida melhoria dos processadores quânticos. Niven diz que os melhores chips quânticos do Google vêm melhorando exponencialmente ultimamente. Essa velocidade é devido a uma diminuição no número de erros. Isso permitiu que os engenheiros construíssem processadores quânticos maiores, disse Niven. Se os computadores clássicos exigem exponencialmente mais poder computacional para simular processadores quânticos, e o poder desses processadores quânticos cresce exponencialmente ao longo do tempo, o resultado é uma dupla relação exponencial entre máquinas quânticas e clássicas.


Hartmut Niven, diretor do laboratório de inteligência artificial quântica do Google

Nem todo mundo está convencido disso. Em primeiro lugar, os computadores clássicos não param. Fichas regulares continuam a melhorar, mesmo que a lei de Moore não funcione mais . Além disso, os cientistas da computação estão constantemente criando algoritmos mais eficientes que ajudam os computadores clássicos a acompanhar.

"Dadas todas as partes móveis, incluindo melhorias dos lados clássico e quântico, é difícil chamar esse crescimento de duplo exponencial", disse Andrew Childs , um dos diretores do centro conjunto de informações quânticas e ciência da computação da Universidade de Maryland.

E embora a velocidade exata com a qual os computadores quânticos estejam alcançando os computadores clássicos possa ser objeto de debate, não há dúvida sobre o rápido aprimoramento da tecnologia quântica.

"Acho que a inegável realidade desse progresso passou a bola para as pessoas que acreditam que os computadores quânticos escaláveis ​​não funcionarão", escreveu Scott Aaronson , especialista em TI da Universidade do Texas em Austin, por email. "Agora eles terão que articular claramente onde e por que esse progresso vai parar".

O principal objetivo do campo da computação quântica é produzir cálculos quânticos eficazes que não possam ser simulados em um período de tempo razoável nos computadores clássicos mais poderosos (e o supercomputador Summit do Laboratório Nacional de Oak Ridge agora é considerado o mais poderoso). E entre vários grupos de pesquisa que desenvolvem computadores quânticos, o Google é particularmente alto ao declarar sua busca por esse objetivo, conhecido como "superioridade quântica".

Até agora, a superioridade quântica permanece ilusória - às vezes parece que ela acabou de ser alcançada, mas até agora fracassou. Mas se a lei de Niven for implementada, esse objetivo será curto. Niven não diz exatamente quando, em sua opinião, a equipe do Google alcançará superioridade quântica, mas admite que isso pode acontecer em breve.

"Costumamos dizer que achamos que conseguiremos isso em 2019", disse Niven. "Todos os sinais já estão lá."