A computação quântica tem um problema de hype

Como palavra da moda, a computação quântica provavelmente está apenas abaixo da IA ​​em termos de hype. Grandes empresas de tecnologia como Alphabet, Amazon e Microsoft agora têm esforços substanciais de pesquisa e desenvolvimento em computação quântica. Uma série de startups também surgiram, algumas com avaliações impressionantes. A IonQ, por exemplo, foi avaliada em US$ 2 bilhões quando abriu seu capital em outubro por meio de uma empresa de aquisição de propósito específico. Grande parte dessa atividade comercial aconteceu com uma velocidade desconcertante nos últimos três anos.

Sou o mais pró-computação quântica possível: publiquei mais de 100 artigos técnicos sobre o assunto, e muitos de meus alunos de doutorado e pós-doutorandos são agora conhecidos praticantes de computação quântica em todo o mundo. Mas estou perturbado com parte do hype da computação quântica que vejo hoje em dia, principalmente quando se trata de alegações sobre como ela será comercializada.

Existem aplicativos estabelecidos para computadores quânticos. A mais conhecida é a demonstração teórica de Peter Shor em 1994 de que um computador quântico pode resolver o difícil problema de encontrar os fatores primos de grandes números exponencialmente mais rápido do que todos os esquemas clássicos. A fatoração primária está no centro de quebrar a criptografia baseada em RSA universalmente usada, então o esquema de fatoração de Shor imediatamente atraiu a atenção dos governos nacionais em todos os lugares, levando a um considerável financiamento de pesquisa em computação quântica.   

O único problema? Na verdade, fazendo um computador quântico que poderia fazê-lo. Isso depende da implementação de uma ideia pioneira de Shor e outros chamada correção de erro quântico, um processo para compensar o fato de que os estados quânticos desaparecem rapidamente por causa do ruído ambiental (um fenômeno chamado “decoerência”). Em 1994, os cientistas pensaram que tal correção de erros seria fácil porque a física permite. Mas, na prática, é extremamente difícil. 

Os computadores quânticos mais avançados hoje têm dezenas de qubits físicos descoerentes (ou “ruidosos”). Construir um computador quântico que pudesse quebrar códigos RSA de tais componentes exigiria muitos milhões, senão bilhões de qubits. Apenas dezenas de milhares deles seriam usados ​​para computação – os chamados qubits lógicos; o restante seria necessário para correção de erros, compensando a decoerência. 

Os sistemas qubit que temos hoje são uma tremenda conquista científica, mas não nos levam mais perto de ter um computador quântico que pode resolver um problema com o qual qualquer um se importa. É como tentar fazer os melhores smartphones de hoje usando tubos de vácuo do início dos anos 1900. Você pode juntar 100 tubos e estabelecer o princípio de que, se você conseguir de alguma forma fazer 10 bilhões deles trabalharem juntos de uma maneira coerente e perfeita, você poderá realizar todos os tipos de milagres. O que, no entanto, está faltando é o avanço dos circuitos integrados e CPUs que levam aos smartphones – foram necessários 60 anos de engenharia muito difícil para ir da invenção dos transistores ao smartphone sem nenhuma nova física envolvida no processo. 

Existem de fato ideias, e eu desempenhei algum papel no desenvolvimento das teorias para essas ideias, para contornar a correção de erros quânticos usando qubits muito mais estáveis, em uma abordagem chamada computação quântica topológica. A Microsoft está trabalhando nessa abordagem . Mas acontece que o desenvolvimento de hardware topológico de computação quântica também é um grande desafio. Não está claro se a correção extensiva de erros quânticos ou a computação quântica topológica (ou outra coisa, como um híbrido entre os dois) será o vencedor final. 

Os físicos são inteligentes, como todos sabemos (revelação: eu sou um físico), e alguns físicos também são muito bons em criar siglas que soam substantivas e que grudam. A grande dificuldade em se livrar da decoerência levou ao impressionante acrônimo NISQ para “computador quântico de escala intermediária ruidosa” – para a ideia de que pequenas coleções de qubits físicos ruidosos poderiam fazer algo útil e melhor do que um computador clássico. Não tenho certeza do que é esse objeto: Quão barulhento? Quantos qubits? Por que isso é um computador? Que problemas dignos uma máquina NISQ pode resolver?

Um recente experimento de laboratório no Google observou alguns aspectos previstos da dinâmica quântica (apelidados de “cristais do tempo”) usando 20 qubits supercondutores ruidosos. O experimento foi uma vitrine impressionante de técnicas de controle eletrônico, mas não mostrou nenhuma vantagem computacional sobre os computadores convencionais, que podem simular prontamente cristais de tempo com um número semelhante de qubits virtuais. Também não revelou nada sobre a física fundamental dos cristais do tempo. Outros triunfos do NISQ são experimentos recentes simulando circuitos quânticos aleatórios , novamente uma tarefa altamente especializada e sem valor comercial. 

O uso do NISQ é certamente uma excelente nova ideia de pesquisa fundamental – poderia ajudar a pesquisa da física em áreas fundamentais, como a dinâmica quântica. Mas apesar de uma batida constante de hype NISQ vindo de várias startups de computação quântica, o potencial de comercialização está longe de ser claro. Eu vi afirmações vagas sobre como o NISQ poderia ser usado para otimização rápida ou até mesmo para treinamento de IA. Não sou especialista em otimização ou IA, mas perguntei aos especialistas e eles estão igualmente perplexos. Perguntei a pesquisadores envolvidos em várias startups como o NISQ otimizaria qualquer tarefa difícil envolvendo aplicativos do mundo real, e interpreto suas respostas complicadas como basicamente dizendo que, como não entendemos bem como o aprendizado de máquina clássico e a IA realmente funcionam, é possível que O NISQ poderia fazer isso ainda mais rápido. Talvez, mas isso é esperar o melhor, 

Existem propostas para usar computadores quânticos de pequena escala para o projeto de medicamentos, como forma de calcular rapidamente a estrutura molecular, o que é uma aplicação desconcertante, uma vez que a química quântica é uma parte minúscula de todo o processo. Igualmente desconcertantes são as alegações de que os computadores quânticos de curto prazo ajudarão nas finanças. Nenhum artigo técnico demonstra de forma convincente que pequenos computadores quânticos, muito menos máquinas NISQ, podem levar a uma otimização significativa em negociação algorítmica ou avaliação de risco ou arbitragem ou hedge ou segmentação e previsão ou negociação de ativos ou perfil de risco. No entanto, isso não impediu que vários bancos de investimento entrassem no movimento da computação quântica. 

Um computador quântico real terá aplicações inimagináveis ​​hoje, assim como quando o primeiro transistor foi feito em 1947, ninguém poderia prever como isso levaria a smartphones e laptops. Sou totalmente a favor da esperança e acredito muito na computação quântica como uma tecnologia potencialmente disruptiva, mas afirmar que ela começaria a produzir milhões de dólares de lucro para empresas reais que vendem serviços ou produtos em um futuro próximo é muito desconcertante para mim. Quão? 

A computação quântica é de fato um dos desenvolvimentos mais importantes não apenas na física, mas em toda a ciência. Mas “emaranhamento” e “superposição” não são varinhas mágicas que podemos sacudir e esperar transformar a tecnologia em um futuro próximo. A mecânica quântica é realmente estranha e contra-intuitiva, mas isso por si só não garante receita e lucro.

Uma década e mais atrás, muitas vezes me perguntavam quando eu achava que um computador quântico real seria construído. (É interessante que eu não enfrento mais essa questão, pois o hype da computação quântica aparentemente convenceu as pessoas de que esses sistemas já existem ou estão chegando). Minha resposta inequívoca sempre foi que eu não sei. Prever o futuro da tecnologia é impossível – acontece quando acontece. Pode-se tentar fazer uma analogia com o passado. A indústria da aviação levou mais de 60 anos para passar dos irmãos Wright a jatos jumbo que transportam centenas de passageiros por milhares de quilômetros. A questão imediata é onde o desenvolvimento da computação quântica, como está hoje, deve ser colocado nessa linha do tempo. É com os irmãos Wright em 1903? Os primeiros aviões a jato por volta de 1940? Ou talvez ainda estejamos no início do século XVI, com a máquina voadora de Leonardo da Vinci? Não sei. Nem mais ninguém.

Consultado a: 18\03\2022

https://www.technologyreview.com/2022/03/28/1048355/quantum-computing-has-a-hype-problem/