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A Edição Quântica: Nunca se conhece realmente o futuro
Há mais de uma década que se debate se um computador quântico representa uma ameaça realista à rede Bitcoin. Já era um tema de conversa sério há mais de 13 anos, quando eu próprio descobri o Bitcoin pela primeira vez.
Houve bastante progresso, tanto em termos de teoria como de engenharia no mundo real, desde aquele tempo distante em que eu não passava de um trapalhão a tentar perceber o que se estava a passar por aqui.
Desde então foram alcançados dois marcos importantes que fazem uma diferença concreta na probabilidade de um computador quântico viável vir efetivamente a ser produzido nalgum momento da próxima década ou por aí. Isso não significa, por si só, que ele venha a atingir a ubiquidade, ou sequer uma relativa facilidade de acesso para quem dispõe de grandes quantidades de capital.
Mas é muito possível que, num futuro próximo, venha a ser produzida uma série de máquinas viáveis.
Melhorias na correção de erros
A primeira grande melhoria deu-se na correção de erros. Para dar conta do ruído inerente ao trabalho com as coisas nesta escala tão minúscula, obter um qubit lógico que seja útil na computação exige, na prática, o uso de vários qubits físicos redundantes.
O método mais avançado até agora para fazer isto eram os códigos de superfície, uma forma de agrupar vários qubits físicos numa grelha e usar alguns deles como qubits de verificação que periodicamente «vigiam» os seus vizinhos para garantir que não ocorreram erros internos na superposição (sem a fazer colapsar). Cada espaço vazio da grelha precisa de ser preenchido com qubits de verificação.
Esta exigência de qubits de verificação cria uma sobrecarga adicional que, no total, pode aproximar-se de 1,000 qubits físicos por cada qubit lógico, e piora em grande escala porque os qubits de verificação só conseguem vigiar os qubits imediatamente ao seu lado. Por isso, cada agrupamento de qubits precisa de ter verificadores espaçados de forma equidistante.
Os códigos quânticos de verificação de paridade de baixa densidade (qLDPC) eliminam este estrangulamento, ao permitir que os qubits de verificação verifiquem outros qubits a grandes distâncias (seja através de trilhas entrelaçadas que comunicam entre secções do chip, seja movendo fisicamente os átomos, como no design de átomos neutros) ao longo de todo o dispositivo. Isto permitiu uma redução de 10x na quantidade de qubits físicos necessários para produzir um qubit lógico fiável.
E isso não é coisa pouca. Embora talvez não seja ainda uma máquina plenamente funcional a progredir na conquista de mais eficiência, são de facto ganhos concretos de eficiência nos processos de engenharia que sustentam a produção de um computador quântico plenamente funcional.
Progressos na demonstração dos fundamentos
O segundo tem a ver com uma questão mais fundamental, em torno da afirmação de que acrescentar mais qubits físicos leva a uma redução, e não a um aumento, do ruído global do sistema. Neste ponto, isso é, na verdade, ainda teoria, e é preciso ter em mente que, até hoje, nunca existiu um computador quântico plenamente funcional que tenha realizado, de ponta a ponta, um cálculo de que um computador clássico seja incapaz.
A Google realizou uma experiência com os seus chips Sycamore (e mais tarde Willow) para verificar experimentalmente o efeito de acrescentar mais qubits físicos. Para ser muito claro, isto não foi uma demonstração da execução de cálculos, mas simplesmente uma demonstração do armazenamento de informação em memória sem que esta se degradasse.
Demonstraram, recorrendo a qubits lógicos compostos por um conjunto de 17 qubits físicos, um conjunto de 49 qubits físicos e um conjunto de 101 qubits físicos, que a taxa de erro lógico — a frequência de corrupção de dados — diminuía à medida que o número de qubits físicos aumentava. Este teste ultrapassou um limiar crítico, no qual o qubit lógico criado a partir dos qubits físicos independentes mantinha a coerência durante mais tempo do que qualquer qubit físico individual de que era composto.
Uma vez mais, isto não é um salto para um computador quântico plenamente funcional a executar cálculos de que as máquinas clássicas são incapazes, mas é um progresso concreto que demonstra um dos pressupostos fundamentais subjacentes aos computadores quânticos.
IA
E também não são as únicas coisas para as quais estamos a encontrar melhores soluções neste espaço de problemas. A inteligência artificial tornou-se um grande componente destes sistemas. Está a ser usada no próprio processo de leitura e descodificação da informação de um computador quântico, um grande estrangulamento para o aproveitar de facto em grande escala.
A IA está também a ser usada no desenvolvimento de novos algoritmos quânticos otimizados para este tipo de máquinas e, dada a recente vaga de casos em que a IA ajuda a resolver (ou até a refutar conjeturas existentes) grandes problemas no campo da matemática, não é assim um salto tão descabelado considerar a possibilidade de grandes avanços trazidos pela IA.
Está a ser posta ao mesmo serviço na conceção concreta dos circuitos quânticos físicos que são construídos com diferentes arquiteturas. Na verdade, este é um problema muito complexo: encontrar a forma ótima de dispor as portas quânticas num espaço físico para minimizar o ruído ao nível quântico, sem criar tanto espaço vazio que se introduza latência, ineficiência e outros problemas por resolver.
É um fator que muito bem poderia turbinar o progresso na resolução dos necessários problemas fundamentais.
Perspetivas para o futuro
Em última análise, na minha opinião, tudo se resume a uma pergunta: o pressuposto de que acrescentar mais qubits físicos reduz o ruído mantém-se realmente quando se trata de computação e da manipulação ativa de informação quântica?
Se esse pressuposto se mantiver e não for experimentalmente refutado nalgum momento do futuro próximo, então penso que há um cenário muito realista para a produção de um computador quântico viável nos próximos dez anos.
Está a ser lançada uma enorme quantidade de recursos sobre este problema, há progressos significativos (embora não avassaladores) na resolução de partes do problema e, se fundamentalmente existe uma forma de fazer algo, os seres humanos normalmente acabam por descobri-la.
Não estou a dizer que é altura de entrar em pânico, mas não descarte a possibilidade.
Este artigo consta da mais recente edição impressa da Bitcoin Magazine, a Edição Quântica. Partilhamo-lo aqui como uma antevisão das ideias exploradas ao longo de toda a edição.
Esta publicação A Edição Quântica: Nunca se conhece realmente o futuro apareceu primeiro na Bitcoin Magazine e é escrita por Shinobi.
Fonte: BitcoinMagazine
