Tecnologia 

Uma perturbação maciça está vindo com a computação quântica

No próximo ano, poderemos ver o lançamento dos primeiros verdadeiros computadores quânticos.

As implicações serão surpreendentes.

Este post pretende responder a três perguntas:

O que são computadores quânticos?
Quais são suas implicações?
Quem está trabalhando neles?
Há muito para descompactar aqui, então fique firme, e vamos mergulhar!

O que é Computação Quântica?

A Lei de Moore (ou o crescimento exponencial de circuitos integrados) está realmente se referindo ao quinto paradigma da computação. Aqui está a lista das tecnologias subjacentes: (1) Eletromecânica; (2) Tubo de vácuo; (3) Relé; (4) Transistores; E (5) Circuitos Integrados.

Os computadores quânticos podem muito bem ser o sexto paradigma, uma vez que funcionam de uma forma totalmente diferente dos computadores “clássicos”.

Um computador clássico executa operações usando “bits” clássicos – esses “bits” podem estar em apenas um dos dois estados: “0” ou “1”.

Em contraste, um computador quântico usa “bits quânticos” ou “qubits”. Graças a um princípio chamado superposição quântica, esses qubits podem ter um valor de “0”, “1” ou ambos “0 E 1” ao mesmo tempo.

Esta capacidade permite que os computadores quânticos resolvam certos tipos de problemas complexos que são intratáveis para computadores convencionais. Francamente, problemas realmente emocionantes para a sociedade hoje, como você verá abaixo.

Para um tutorial sobre computadores quânticos, confira este breve vídeo:

O poder dos qubits é que eles escalam exponencialmente. Uma máquina de dois bits permite que você faça quatro cálculos ao mesmo tempo. Uma máquina de três qubit pode fazer oito cálculos. Uma máquina de quatro qubits 16 cálculos, todos simultaneamente.

No momento em que você chegar a 300 qubits, você tem um computador que pode fazer mais “cálculos” do que há átomos no universo.

É por isso que o blog TechTarget descreveu a computação quântica dessa maneira: “O desenvolvimento de um computador quântico, se for prático, significaria um salto na capacidade de computação muito maior do que o do ábaco para um supercomputador moderno, com ganhos de desempenho em bilhões de vezes Reino e além.”

Quais são as implicações da computação quântica?

As implicações da verdadeira computação quântica em escala são assombrosas, de extraordinário impacto para a sociedade de hoje (e é por isso que estou seguindo-a).

Na minha opinião, aqui estão as cinco principais aplicações:

  1. Aprendizado de Máquina: Grande parte da aprendizagem da máquina é sobre o “reconhecimento de padrões”. Algoritmos quebram grandes conjuntos de dados para encontrar sinais no ruído, e o objetivo é maximizar o número de comparações que você faz entre os dados para encontrar os melhores modelos para descrever esses dados. Com a computação quântica, seremos capazes de fazer este processamento de ordens de grandeza de forma mais eficaz do que com a computação clássica. A computação quântica permitirá comparar muito, muito mais dados em paralelo, simultaneamente, e todas as permutações desses dados, para descobrir os melhores padrões que a descrevem. Isso levará a formas fundamentalmente mais poderosas de IA muito mais rapidamente do que esperamos. Espere que a computação quântica cause um ponto de inflexão positivo (para cima) para a velocidade com que o mundo desenvolve IA (que, aliás, é a razão pela qual o Google está trabalhando tão duro nisso).
  2. Medicina: A computação quântica também nos permitirá modelar interações moleculares complexas em um nível atômico. Isto será particularmente importante para a investigação médica e descoberta de fármacos. Em breve, seremos capazes de modelar todas as 20.000 proteínas codificadas no genoma humano e começar a simular suas interações com modelos de drogas existentes ou novas drogas que ainda não foram inventadas. Com base na análise dessas interações medicamentosas, seremos capazes de encontrar remédios para doenças previamente incuráveis e esperamos acelerar o tempo de comercialização de novos medicamentos. Usando simulações computacionais quânticas será a maneira que nós projetamos e escolhemos nossas próximas gerações de drogas e curas de câncer.
  3. Química (e Mudanças Climáticas): Preocupado com a crise climática? Querendo saber o que podemos fazer sobre isso? Os computadores quânticos podem ser nossa nova ferramenta para entender o que está acontecendo e para combatê-la. Eles nos permitirão desbloquear soluções de “simulação”, talvez desenhar novos catalisadores que realmente capturem o carbono da atmosfera e o transformem em produtos novos e valiosos a baixo custo e uso de energia.
  4. Ciência e Engenharia de Materiais: Como podemos simular interações atômicas, exploraremos e inventaremos materiais inteiramente novos e melhores. Podemos encontrar melhores supercondutores, melhores ímãs, materiais que nos permitirão criar baterias de densidade de energia muito mais alta, e assim por diante. Desde 2011, o governo federal dos EUA concedeu mais de US $ 250 milhões à Iniciativa Genoma dos Materiais, em um esforço para “descobrir, fabricar e implantar materiais avançados duas vezes mais rápido, por uma fração do custo”.
  5. Biomiméticos, Sistemas de Energia e Fotovoltaicos: Os cientistas acreditam que grande parte do mundo é construída sobre sistemas quânticos. Processos como a fotossíntese, por exemplo, são provavelmente dependentes de sistemas mecânicos quânticos. Assim, enquanto olhamos para o mundo natural para a inspiração para construir melhores sistemas de energia ou materiais mais fortes, só iremos realizar plenamente seu potencial quando pudermos modelar esses processos com computadores quânticos. Isto conduzirá a muitos avanços e descobertas através da placa.
    Entrelinhas: Quando a computação quântica se expandir, seremos capazes de controlar os próprios blocos do universo.

A questão é quem irá desvendar isso primeiro…

Quem está trabalhando em computação quântica?

Há uma corrida acontecendo – uma corrida para provar algo chamado “supremacia quântica”.

A supremacia quântica é essencialmente o teste que valida que o computador que você tem é, de fato, um computador quântico.

Nos Estados Unidos, três jogadores principais estão no páreo agora:

Google
IBM
Rigetti Computing, uma startup fora do Vale do Silício
(E talvez um quarto, a D-Wave Systems. Eles desenvolveram chips com qubits, mas estes ainda não foram conclusivamente provado funcionarem como um computador quântico.)

Tanto Rigetti Computing quanto o Google acreditam que alcançarão a “supremacia quântica” nos próximos 12 a 18 meses.

Pense nisso: os próximos um a dois anos …

A revolução está chegando rápido.

Para colocar isso em perspectiva, tive a chance de me pôr em dia com Chad Rigetti, CEO da Rigetti Computing.

Abaixo está uma imagem do computador “clássico” o mais poderoso no planeta, Tianhe-2 em Guangzhou, China.

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Tianhe-2: O supercomputador mais poderoso do planeta. Crédito da imagem: Sam Churchill / Flickr

Custa 400 milhões de dólares.

O computador queima cerca de 20 megawatts de eletricidade – o suficiente para alimentar 20 mil lares.

E é cerca de metade do tamanho de um campo de futebol, com 3,2 milhões de núcleos Intel.

O presidente Obama, na tentativa de impulsionar o retorno da América à supremacia da computação de alto desempenho, declarou que os EUA construíam um computador exoscale, 30 vezes mais poderoso que o Tianhe-2, até 2020.

O problema é este: Com a tecnologia atual, custará um bilhão dólares e exigirá uma central nuclear para fazer funcionar o supercomputador.

“Precisamos fazer isso”, explica Chad Rigetti. “Mas há outro caminho. A computação quântica.”

Abaixo está uma imagem de dois sistemas de desenvolvimento no laboratório de Rigetti em Berkeley, CA.

Sistemas de computação quântica de desenvolvimento. Crédito da imagem: Rigetti Computing
Sistemas de computação quântica de desenvolvimento. Crédito da imagem: Rigetti Computing

As grandes latas brancas do tamanho de um ser humano são sistemas de resfriamento, e dentro de cada sistema de refrigeração há um único chip quântico.

Nessas máquinas hoje, há um processador de cinco qubits.

A parte louca: um único chip com cerca de 50 a 60 qubits sobre ele seria mais poderoso do que o Tianhe-2 inteiro, uma máquina do tamanho da metade de uma campo de futebol…

Isto é o que a computação quântica desbloqueia.

A Rigetti desenvolve rapidamente circuitos integrados quânticos e a plataforma de software que permitirá aos desenvolvedores construir em cima deles.

Juntamente com os esforços no Google, IBM, D-Wave e muitas outras empresas e laboratórios de pesquisa em todo o mundo, estamos rapidamente se aproximando de uma revolução de computação quântica.

Prepare-se.

Fonte: Singularity Hub

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