Empresas de tecnologia correm para escalar a computação quântica nesta década

Empresas de tecnologia nos Estados Unidos estão correndo para escalar sistemas de computadores quânticos, de protótipos de laboratório a máquinas industriais, de acordo com detalhes compartilhados pela IBM, Google, Amazon, Microsoft e outras.

Avanços no design de chips e na correção de erros reduziram as lacunas técnicas, colocando uma meta de uma década ao alcance de alguns, enquanto outros alertam que o caminho será muito mais longo.

O anúncio da IBM em junho apresentou um projeto em escala real que preenche detalhes de engenharia ausentes em planos anteriores. Jay Gambetta, que lidera o programa quântico da empresa, disse que agora eles têm um "caminho claro" para uma máquina que pode superar computadores de IA classicem tarefas como simulação de materiais e modelagem de IA antes de 2030.

A equipe de pesquisa quântica do Google, liderada por Julian Kelly, removeu uma de suas maiores barreiras técnicas no ano passado e diz que também entregará antes do fim da década, com Kelly chamando todos os problemas restantes de "superáveis".

Empresas se esforçam para resolver desafios de escala

Oskar Painter, chefe de hardware quântico da Amazon, alertou que, mesmo com marcos importantes da física já alcançados, a fase industrial pode levar de 15 a 30 anos. O salto de menos de 200 qubits — as unidades quânticas básicas — para mais de um milhão é necessário para um desempenho significativo.

O escalonamento é dificultado pela instabilidade dos qubits, que limita seu estado útil a frações de segundo. O chip Condor da IBM, com 433 qubits, apresentou interferência entre componentes, um problema que o CEO da Rigetti Computing, Subodh Kulkarni, descreveu como "um problema físico grave". A IBM afirma que esperava o problema e agora está usando um acoplador diferente para reduzir a interferência.

Os primeiros sistemas dependiam de qubits ajustados individualmente para melhorar o desempenho, mas isso é impraticável em larga escala. As empresas agora estão desenvolvendo componentes mais confiáveis e métodos de fabricação mais baratos.

O Google tem como meta de redução de custos cortar os preços das peças em dez vezes para construir um sistema completo por US$ 1 bilhão. A correção de erros, ou seja, a duplicação de dados entre qubits para que a perda de um deles não corrompa os resultados, é vista como um requisito para o escalonamento.

O Google é o único a apresentar um chip cuja correção de erros melhora à medida que os sistemas evoluem. Kelly disse que pular essa etapa levaria a "uma máquina muito cara que emite ruído".

Projetos concorrentes e apoio governamental

A IBM está apostando em um método diferente de correção de erros, chamado código de verificação de paridade de baixa densidade, que, segundo ela, precisa de 90% menos qubits do que a abordagem de código de superfície do Google. O código de superfície conecta cada qubit em uma grade aos seus vizinhos, mas requer mais de um milhão de qubits para um trabalho útil.

O método da IBM requer conexões de longa distância entre qubits, que são difíceis de projetar. A IBM afirma ter alcançado esse objetivo, mas analistas como Mark Horvath, da Gartner, afirmam que o projeto ainda existe apenas na teoria e precisa ser comprovado na fabricação.

Outros obstáculos técnicos permanecem: simplificar a fiação, conectar vários chips em módulos e construir refrigeradores criogênicos maiores para manter os sistemas próximos do zero absoluto.

Qubits supercondutores, usados pela IBM e Google, apresentam tron progresso, mas são difíceis de controlar. Alternativas como íons aprisionados, átomos neutros e fótons são mais estáveis, mas mais lentas e difíceis de conectar em sistemas grandes.

Sebastian Weidt, CEO da Universal Quantum, sediada no Reino Unido, afirma que as decisões de financiamento do governo provavelmente limitarão o campo a poucos concorrentes. A DARPA, agência de pesquisa do Pentágono, lançou uma revisão paradento caminho mais rápido para um sistema prático.

A Amazon e a Microsoft estão experimentando novos designs de qubits, incluindo estados exóticos da matéria, enquanto empresas estabelecidas continuam aprimorando tecnologias mais antigas. "Só porque é difícil, não significa que não possa ser feito", disse , resumindo a determinação da indústria em atingir a marca de um milhão de qubits.

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