Computador quântico D-Wave demonstra supremacia de desempenho

Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/02/2021

O processador da D-Wave trabalha com 5.000 qubits, embora a arquitetura não seja comparável à dos demais processadores quânticos.
[Imagem: D-Wave]

Supremacia de desempenho

A D-Wave Systems, fabricante do único computador quântico que se pode comprar hoje, rodou uma simulação que demonstrou uma "vantagem de desempenho" imbatível em relação aos computadores eletrônicos.

Não é a tão esperada "supremacia quântica", uma prova definitiva de que um computador quântico seria capaz de resolver problemas que computadores clássicos não conseguiriam resolver em termos práticos - mas é um marco na ciência da computação porque foi inesperado em razão das características do processador quântico da D-Wave.

Ao rodar uma simulação dos átomos em um material de grande interesse tecnológico, o computador quântico superou a velocidade de processamento de um algoritmo clássico rodando em um computador eletrônico em mais de 3 milhões de vezes.

Os pesquisadores programaram o sistema D-Wave 2000Q para modelar um ímã bidimensional usando spins artificiais, um estado da matéria que ocorre na superfície de alguns materiais - mas não em seu interior.

E o teste, feito em parceria com uma equipe do Google, envolve uma aplicação prática com grandes implicações no mundo real, envolvendo simular os fenômenos superficiais envolvendo materiais conhecidos como isolantes topológicos, cuja descoberta levou o Nobel de Física de 2016.

O sistema inclui mais de 5.000 qubits e conectividade de 15 vias entre qubits, bem como um "solucionador híbrido" capaz de executar problemas com até um milhão de variáveis.

O processador foi usado para simular um sistema magnético que está na crista da onda rumo a uma era pós-silício.
[Imagem: D-Wave]

Simulação quântica de problemas reais

Tem havido muita controvérsia no meio acadêmico se os computadores da D-Wave são mesmo quânticos.

Diferentemente dos protótipos apresentados pela IBM, Google e Intel, o processador da D-Wave usa uma abordagem conhecida como adiabática, explorando um mecanismo chamado termalização quântica (ou recozimento quântico, do inglês quantum annealing). Ele foi construído com as mesmas técnicas empregadas na fabricação dos processadores eletrônicos tradicionais, mas usa bobinas de nióbio supercondutoras, em vez de semicondutores.

"Este trabalho é a evidência mais clara de que os efeitos quânticos fornecem uma vantagem computacional nos processadores D-Wave," disse o Dr. Andrew King, membro da equipe. "Enrolar o ímã em um nó topológico e vê-lo se desfazer nos deu a primeira visão detalhada de uma dinâmica que normalmente é muito rápida para ser observada. O que vimos é um enorme benefício em termos absolutos, com a vantagem de escala em temperatura e tamanho que esperávamos. Esta simulação é um problema real que os cientistas já atacaram usando os algoritmos com os quais comparamos, estabelecendo um marco significativo e uma base importante para futuros desenvolvimentos. Isso não teria sido possível hoje sem o processador de baixo ruído da D-Wave."

"Isso é uma surpresa, dada a crença de muitos de que o recozimento quântico [a tecnologia do processador quântico D-Wave] não teria nenhuma vantagem intrínseca sobre os programas de integrais de Monte Carlo implementados em processadores clássicos," comentou o professor Gabriel Aeppli, da Escola Politécnica Federal de Lausanne, na Suíça.

"As emergentes tecnologias quânticas só vão amadurecer em ferramentas práticas quando deixarem suas equivalentes clássicas na poeira na solução de problemas do mundo real," disse o professor Hidetoshi Nishimori, do Instituto de Tecnologia de Tóquio. "Um passo importante nessa direção foi alcançado neste artigo, fornecendo evidências claras de uma vantagem de dimensionamento do recozedor quântico sobre um concorrente da computação clássica inexpugnável na simulação de propriedades dinâmicas de um material complexo."

"Mas talvez ainda mais importante é o fato de que isso não foi demonstrado em um problema sintético ou um 'truque'. Isso foi alcançado em um problema real na física contra uma ferramenta padrão da indústria para simulação - uma demonstração do valor prático do processador D-Wave," comemorou Alan Baratz, presidente da empresa fabricante do computador quântico.

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