IBM apresenta processador quântico de 127 qubits

A IBM (NYSE: IBM) anunciou seu novo processador ‘Eagle’ de 127 qubits (bits quânticos) durante o IBM Quantum Summit 2021, seu evento anual em que apresenta os destaques de hardware e software quântico, assim como o crescimento do ecossistema quântico. O processador ‘Eagle’ é um grande avanço para aproveitar o enorme potencial de computação dos dispositivos baseados na física quântica. No desenvolvimento de hardware, ele marca o ponto em que os circuitos quânticos não podem ser simulados de maneira confiável e exata num computador clássico. A IBM também antecipou planos para o IBM Quantum System Two, a próxima geração de sistemas quânticos.

A computação quântica aproveita a natureza quântica fundamental da matéria em níveis subatômicos para oferecer a possibilidade de uma potência computacional enormemente aumentada. A unidade computacional fundamental da computação quântica é o circuito quântico, uma combinação de qubits em portas e medidas quânticas. Quanto mais qubits um processador quântico tiver, mais complexos e valiosos serão os circuitos quânticos que ele pode executar.

A IBM recentemente apresentou os roadmaps para a computação quântica, incluindo uma jornada para escalar o hardware quântico a fim de permitir que os circuitos quânticos complexos alcancem a Vantagem Quântica, isto é, o ponto no qual os sistemas quânticos podem superar significativamente seus contrapontos clássicos. ‘Eagle’ é o último passo nessa jornada de escalabilidade.

A IBM mede o progresso no hardware de computação quântica através de três atributos de desempenho: escala, qualidade e velocidade. A escala é medida pelo número de qubits em um processador quântico e determina o quão grande é o circuito quântico que pode ser executado. A qualidade é medida pelo Volume Quântico e descreve com que precisão os circuitos quânticos funcionam em um dispositivo quântico real. A velocidade é medida por CLOPS (Circuit Layer Operations Per Second), uma métrica que a IBM introduziu em novembro de 2021 e que identifica a viabilidade de executar cálculos reais compostos de um grande número de circuitos quânticos.

‘Eagle’ é o primeiro processador quântico IBM desenvolvido e implementado para conter mais de 100 qubits operacionais e conectados. Ele segue o processador ‘Hummingbird’ de 65 qubit da IBM, lançado em 2020, e o processador ‘Falcon’ de 27 qubit, anunciado em 2019. Para alcançar esse avanço, os pesquisadores da IBM desenvolveram inovações pioneiras em seus processadores quânticos existentes, como um desenho de combinação de qubit para reduzir erros e uma arquitetura para diminuir o número de componentes necessários. As novas técnicas usadas em Eagle colocam a fiação de controle em vários níveis físicos dentro do processador enquanto mantém os qubits em uma única camada, permitindo um aumento significativo nos qubits.

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Física teórica transformada em tecnologia

Como seu nome indica, a computação quântica aproveita a natureza quântica fundamental da matéria em níveis subatômicos para oferecer a possibilidade de uma potência de cálculo enormemente maior. Os computadores convencionais trabalham com um sistema binário: o dos dígitos 0 e 1 (daí o termo “digital”). Esses zeros e uns, os bits, se traduzem no mundo físico em pequenas correntes elétricas geradas nos transístores. Um chip moderno de última geração contém bilhões de transístores, capazes de realizar complexas operações em questão de segundos. Mas, por mais que a miniaturização avance, chegará um momento em que não será possível colocar mais transístores em um só chip.

A computação quântica derruba essas barreiras físicas com uma proposta que desafia o entendimento: em vez de usar transístores que possam gerar estados 0 ou 1, utiliza os chamados bits quânticos, ou qubits, que podem estar em 0 ou 1, mas também numa superposição de ambos os estados. Essa superposição de Estados, assim como outras propriedades como o entrelaçamento quântico, é o que possibilita uma capacidade de computação exponencialmente maior (o número de operações cresce de forma exponencial, dois elevado a n). Com dois qubits é possível fazer quatro operações; com 10 qubits, fazem-se 1.024 operações, e assim sucessivamente.

O desenvolvimento da infraestrutura necessária para alojar e explorar os qubits é muito complexo. Usam micro-ondas, armadilhas de íons e anéis supercondutores. Os engenheiros tiveram que enfrentar problemas como a refrigeração do processador (os qubits precisam operar em temperaturas próximas ao zero absoluto, ou -273 graus Celsius) e o isolamento total de seu entorno, já que qualquer interação (como um ruído) pode desestabilizá-los. É difícil saber até onde chegarão estes novos ordenadores se continuarem sendo aperfeiçoados. Por enquanto, espera-se deles que impulsionem significativamente o estudo de novos materiais, o desenvolvimento de medicamentos e a exploração do universo, ou que resolvam problemas relacionados com a aprendizagem automática (machine learning), a técnica de inteligência artificial mais promissora da atualidade.

A criptografia usada hoje em dia ficaria obsoleta quando a computação quântica alcançar certo estado de maturidade. “Se você cria uma tecnologia revolucionária, também tem a responsabilidade de mitigar os riscos que ela acarreta”, opina Nazario. “Neste caso, foram desenvolvidos outros mecanismos criptográficos que a computação quântica não pode romper. As instituições que queiram manter seus dados a salvo durante décadas deveriam apostar já nesses métodos.”

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Fonte: Tec Flow, Brasil El Pais.

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