Uma das principais tarefas científicas do nosso tempo foi a corrida para criar o primeiro computador quântico útil. Milhares de físicos e engenheiros participam. Seus conceitos são desenvolvidos pela IBM, Google, Alibaba, Microsoft e Intel. Como um poderoso dispositivo de computação muda nosso mundo e por que é tão importante?
Imagine por um momento: um computador quântico de pleno direito é criado. Ele se tornou um elemento familiar e natural de nossa vida. A computação clássica agora é falada apenas na escola, nas aulas de história. Em algum lugar no porão frio, máquinas poderosas operam com qubits para apoiar o trabalho de robôs equipados com inteligência artificial. Eles realizam todas as coisas perigosas e simplesmente monótonas. Caminhando pelo parque, você olha em volta e vê todos os tipos de robôs. Criaturas humanóides andam com cachorros, vendem sorvete, reparam fios, varrem o território. Alguns modelos substituem animais de estimação.
Tivemos a oportunidade de descobrir todos os segredos do universo e olhar dentro de nós mesmos. A medicina atingiu um novo nível - medicamentos inovadores são desenvolvidos a cada semana. Podemos prever e determinar onde recursos escassos, como gás e petróleo, estão localizados. O problema do aquecimento global foi resolvido, os métodos de conservação de energia foram otimizados, não há mais congestionamentos nas cidades. Um computador quântico não apenas controla todas as máquinas robóticas, mas também oferece livre circulação: monitora a situação nas estradas, corrige rotas e intercepta o controle dos motoristas, se necessário. É assim que uma idade quântica pode parecer.
Quantum Gold Rush
As perspectivas de aplicação são surpreendentes, portanto, os investimentos em desenvolvimentos quânticos estão aumentando a cada ano. O mercado global de computação quântica foi avaliado em US $ 81,6 milhões em 2018. Os especialistas do Market.us sugerem que em 2026 chegará a 381,6 milhões de dólares. Ou seja, aumentará em média 21,26% ao ano de 2019 a 2026.
Esse crescimento é alimentado pelo crescente uso da criptografia quântica em aplicativos de segurança e é impulsionado por investimentos de partes interessadas no mercado de computação quântica. No início deste ano, de acordo com uma análise da revista científica Nature, investidores privados financiaram pelo menos 52 empresas de tecnologia quântica em todo o mundo. Grandes players como IBM, Google, Alibaba, Microsoft, Intel, D-Wave Systems estão lutando para criar um computador quântico praticamente aplicável.
Sim, enquanto o dinheiro que flui para esta área anualmente representa um pequeno custo (para comparação: em 2018, os investimentos em IA totalizaram 9,3 bilhões de dólares). Mas esses números são significativos para um setor imaturo que ainda não pode se orgulhar de indicadores de desempenho.
Resolvendo problemas quânticos
Você precisa entender que hoje a tecnologia ainda está engatinhando. Foi possível criar apenas protótipos de máquinas quânticas, sistemas experimentais únicos. Eles são capazes de executar algoritmos fixos de pequena complexidade. O primeiro computador de 2 qubit foi criado em 1998 e levou a humanidade 21 anos para levar os dispositivos ao nível adequado, a chamada "superioridade quântica". Este termo foi cunhado pelo professor do Instituto de Tecnologia da Califórnia John Preskill. E isso significa a capacidade dos dispositivos quânticos de resolver problemas mais rapidamente do que os computadores clássicos mais poderosos.
Uma inovação nessa área foi feita pelo Google, com sede na Califórnia. Em setembro de 2019, a empresa anunciou que seu dispositivo Sycamore de 53 qubit em 200 segundos fez o cálculo, o que levaria 10.000 anos para o supercomputador mais moderno. A declaração causou muita controvérsia. A IBM discordou categoricamente de tais cálculos. A empresa escreveu em seu blog que seu supercomputador Summit faria isso em 2,5 dias. E tudo o que é necessário é aumentar a capacidade de armazenamento do disco. Embora na realidade a diferença não tenha sido tão colossal, o Google foi realmente o primeiro a alcançar a "superioridade quântica". E esse é um marco importante na pesquisa por computador. Mas não mais do que isso. O feito do Sycamore é apenas para fins de demonstração. Não tem aplicação prática e é inútil para resolver problemas reais.
O principal problema é o hardware. Se os bits de computação tradicionais têm um valor de 0 ou 1, então, em um mundo quântico estranho, os qubits podem estar nos dois estados ao mesmo tempo. Essa propriedade é chamada de superposição. Os qubits são como piões: giram simultaneamente no sentido horário e anti-horário, movem-se para cima e para baixo. Se você acha isso confuso, está em uma ótima empresa. Richard Feynman disse uma vez: "Se você acha que entende a mecânica quântica, não entende." Palavras ousadas de um homem que recebeu o Prêmio Nobel de ... mecânica quântica.
Portanto, os qubits são extremamente instáveis e sujeitos a influências externas. Uma máquina que passa sob as janelas do laboratório, ruído interno do sistema de resfriamento, uma partícula cósmica que passa - qualquer interferência aleatória, qualquer interação viola o sincronismo deles e eles desaquecem. Isso é desastroso para a computação.
A principal questão para o desenvolvimento da computação quântica é qual solução de hardware dentre muitas investigadas garantirá a estabilidade dos qubits. Qualquer um que resolver o problema da violação da coerência e tornar os computadores quânticos tão comuns quanto as GPUs receberá o Prêmio Nobel e se tornará a pessoa mais rica do mundo.
O caminho para a comercialização
Em 2011, a empresa canadense D-Wave Systems Inc. o primeiro a vender computadores quânticos, embora sua utilidade seja limitada a certos problemas matemáticos. E nos próximos meses, milhões de desenvolvedores poderão começar a usar processadores quânticos por meio da nuvem - a IBM promete fornecer acesso ao seu dispositivo de 53 qubit. Até o momento, sob o programa chamado Q Network, 20 empresas receberam esse privilégio. Entre eles estão a Samsung Electronics, montadoras Honda Motor e Daimler, empresas químicas JSR e Nagase, bancos JPMorgan Chase & Co. e Barclays.
A maioria das empresas que experimentam a computação quântica hoje as vê como parte integrante do futuro. Agora, sua principal missão é descobrir o que funciona na computação quântica e o que não funciona. E seja o primeiro a introduzir tecnologia nos negócios quando estiver pronto.
Organizações de transporte. A Volkswagen, juntamente com a D-Wave, está desenvolvendo uma aplicação quântica - um sistema de controle de tráfego. O novo programa permitirá que organizações de transporte público e empresas de táxi nas grandes cidades usem sua frota com mais eficiência e minimizem o tempo de espera dos passageiros.
O setor de energia. ExxonMobil e IBM estão pressionando pela computação quântica de energia. Eles se concentram no desenvolvimento de várias novas tecnologias energéticas, melhorando a eficiência energética e reduzindo as emissões de gases de efeito estufa. O escopo e a complexidade das tarefas que o setor de energia enfrenta estão além do escopo dos computadores tradicionais modernos e são adequados para testes em computadores quânticos.
Empresas farmacêuticas. A Accenture Labs fez parceria com a 1QBit, uma empresa de software quântico. Em apenas 2 meses de pesquisa, eles testaram o conceito - a aplicação da modelagem de interações moleculares complexas em níveis atômicos. Graças ao poder da computação quântica, tornou-se possível analisar moléculas maiores. O que isso dará à sociedade? Medicamentos inovadores com menos efeitos colaterais.
Setor financeiro. As tecnologias baseadas nos princípios da teoria quântica estão atraindo cada vez mais o interesse dos bancos. Eles estão interessados em processar transações, transações e outros tipos de dados o mais rápido possível. Barclays e JP Morgan Chase (com IBM), bem como NatWest (com Fujitsu) já estão conduzindo seus experimentos especializados em desenvolvimento de software.
A adoção por essas grandes empresas e o advento de pioneiros quânticos empreendedores falam da viabilidade comercial do quantum. Já vemos como a computação quântica é usada para tarefas do mundo real - desde melhorar a eficiência energética até otimizar as rotas dos veículos. E importante, o valor da tecnologia aumentará à medida que se desenvolver.