Gigantes da tecnologia esperam que o computador quântico utilizável chegue nesta década

Empresas de tecnologia nos Estados Unidos estão correndo para escalar sistemas de computadores quânticos de protótipos de laboratório para máquinas industriais, segundo detalhes compartilhados por IBM, Google, Amazon, Microsoft e outros.

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

O anúncio da IBM em junho delineou um design em escala completa que preenche detalhes de engenharia ausentes dos planos anteriores. Jay Gambetta, que lidera o programa quântico da empresa, disse que agora têm um “caminho claro” para uma máquina que pode superar computadores clássicos em 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 buscam resolver desafios de escalabilidade

O chefe de hardware quântico da Amazon, Oskar Painter, alertou que mesmo com grandes marcos físicos superados, 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.

A escalabilidade é prejudicada pela instabilidade dos qubits, que limita seu estado útil a frações de segundo. O chip Condor da IBM, com 433 qubits, mostrou interferência entre componentes, uma questão que o CEO da Rigetti Computing, Subodh Kulkarni, descreveu como “um problema de física desagradável.” A IBM diz que esperava o problema e agora está usando um acoplador diferente para reduzir a interferência.

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

O Google tem um objetivo de redução de custos de cortar os preços das peças em dez vezes para construir um sistema em escala completa por US$ 1 bilhão. A correção de erros, duplicando dados entre qubits para que a perda de um não corrompa os resultados, é vista como um requisito para a escalabilidade.

A Google é a única a mostrar um chip onde a correção de erros melhora à medida que os sistemas crescem. Kelly disse que pular esta etapa levaria a “uma máquina muito cara que produz ruído.”

Designs 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 ela afirma precisar de 90% menos qubits do que a abordagem de código de superfície da Google. O código de superfície conecta cada qubit em uma grade aos seus vizinhos, mas requer mais de um milhão de qubits para trabalho útil.

O método da IBM requer conexões de longa distância entre qubits, que são difíceis de projetar. A IBM diz que agora conseguiu isso, mas analistas como Mark Horvath, da Gartner, dizem que o design ainda existe apenas na teoria e deve ser provado na fabricação.

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

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

Sebastian Weidt, CEO da Universal Quantum, com sede no Reino Unido, diz que as decisões de financiamento governamental provavelmente reduzirão o campo a alguns concorrentes. A Darpa, agência de pesquisa do Pentágono, lançou uma revisão para identificar o caminho mais rápido para um sistema prático.

Amazon e Microsoft estão experimentando novos designs de qubits, incluindo estados exóticos da matéria, enquanto jogadores estabelecidos continuam refinando tecnologias mais antigas. “Só porque é difícil, não significa que não possa ser feito”, disse Horvath , resumindo a determinação da indústria de atingir a marca de um milhão de qubits.