Computador quântico vs supercomputador: como eles diferem?

Os físicos vêm falando e trabalhando em computação quântica há quase três décadas. Na quarta-feira, o Google publicou um estudo na revista detalhando como seu computador quântico superou em muito os computadores clássicos, alcançando o que os cientistas chamam de “supremacia quântica”. Muitas outras empresas, como IBM, Intel e Microsoft, estão trabalhando em seus próprios computadores quânticos. Eles poderiam mudar radicalmente o mundo da computação. Imaginando o que é a computação quântica e como ela difere dos supercomputadores tradicionais? Vamos descobrir.

A supremacia quântica é quando os computadores quânticos realizam cálculos anteriormente impossíveis. O Google trabalha em um chip de computação quântica interno há mais de uma década. Seu chip Sycamore tinha 54 qubits, mas um deles não estava funcionando como planejado. Isso significa que o computador quântico tinha 53 qubits.

Segundo o Google, sua máquina executou um cálculo complexo em apenas 200 segundos. A realização da mesma tarefa no IBM Summit, o supercomputador mais poderoso do mundo, levaria cerca de 10.000 anos. O Summit é capaz de executar tarefas em 200 petaflops. Torna a máquina do Google 1,5 bilhão de vezes mais poderosa que o supercomputador mais poderoso que existe!

Compreendendo as diferenças

O funcionamento de um supercomputador é o mesmo de outros computadores clássicos, como o smartphone e o computador com Windows. Esses dispositivos eletrônicos usam circuitos lógicos para executar tarefas e células de memória para armazenar os resultados. Eles são sistemas binários, armazenando informações como zero ou um.

Os computadores clássicos trabalham em uma série de cenários “se isso, então aquilo”. Portanto, eles podem levar muito tempo para realizar um cálculo em que todas as possibilidades são igualmente prováveis.

A computação quântica começa exatamente onde os recursos dos supercomputadores terminam. Máquinas quânticas não seguem as regras padrão da física. Enquanto os computadores tradicionais aderem à lógica “Se isso, então aquilo”, as máquinas quânticas podem explorar infinitas possibilidades com sua lógica “Se isso, então aquilo ou ambos”. Permite avaliar mais de uma probabilidade ao mesmo tempo.

Computadores tradicionais armazenam e processam dados na forma de zero ou um. Mas as máquinas quânticas usam bits quânticos ou qubits, que podem processar e armazenar diferentes estados de um e zeros ao mesmo tempo através do fenômeno de ‘superposição’.

A adição de apenas mais um qubit dobrará o número de soluções que uma máquina quântica pode explorar na mesma quantidade de tempo. É por isso que os cientistas estão trabalhando para adicionar mais qubits às suas máquinas quânticas.

Segundo os cientistas, o poder computacional de uma máquina quântica aumentaria a uma “taxa exponencial dupla”. Em comparação, o desempenho dos computadores tradicionais segue a Lei de Moore, dobrando a cada 18 meses.

Mas as coisas não são tão boas quanto parecem quando se fala em máquinas quânticas. Os qubits geram um ruído enorme, que os cientistas ainda estão tentando suprimir. Além disso, eles processam dados em velocidades tão insanas que é difícil identificar e corrigir os erros. Eles também podem perder alguns dos dados. Pesquisadores do Google e de outras empresas estão trabalhando em métodos de correção de erros que permitiriam ao computador contornar os problemas.

O futuro: quais máquinas quânticas substituem os computadores clássicos?

Computadores quânticos ainda são coisa do laboratório. Eles estão a vários anos de se tornarem mainstream. O Google permitirá que o Departamento de Energia dos EUA, Volkswagen e Daimler comecem a usar suas máquinas quânticas em 2020. As máquinas estarão disponíveis como um serviço em nuvem pela Internet.

As empresas que trabalham com máquinas quânticas terão que superar numerosos desafios antes de se tornarem dominantes. Ruído excessivo, perda de dados e erros são apenas alguns deles. Eles também precisam encontrar uma solução para o fato de que os processadores quânticos funcionam corretamente somente quando mantidos em temperaturas perfeitas zero. Mesmo uma alteração de 0,01% na temperatura pode afetar seu poder computacional. Além disso, essas máquinas serão muito caras.

A computação quântica está em sua infância. Está em uma fase semelhante à da computação clássica nos anos 80. Lembre-se de quão longe os computadores chegaram nas últimas três ou quatro décadas.

Os cientistas disseram que a computação quântica não será o fim dos supercomputadores ou de qualquer outro computador clássico. Hartmut Neven, um dos pesquisadores que desenvolveu a máquina quântica do Google, disse que os computadores quânticos servirão como “aceleradores” para as máquinas tradicionais. No futuro próximo, eles serão usados ​​apenas para inteligência artificial e outras tarefas altamente específicas.

No ano passado, o Boston Consulting Group disse que a computação quântica poderia “mudar o jogo” em vários campos, incluindo agricultura, criptografia, aprendizado de máquina, inteligência artificial e produtos farmacêuticos. Eles poderiam ajudar a projetar novos medicamentos, criar novos materiais e acelerar o desenvolvimento de produtos.