Computação Quântica: Desafios e Oportunidades

Apesar dos avanços recentes na computação quântica, ela ainda não atingiu os níveis de exagero. De acordo com um ponto de vista ascendente, a busca tão alardeada por qubits quânticos extras e supremacia quântica pode ser ofuscada por um objetivo mais alcançável: usar os qubits que temos efetivamente. O último ponto de vista é particularmente relevante em relação à D-Wave Systems Inc., Vancouver, British Columbia, inventor de computação quântica com base no Canadá, que anunciou seu plano para operação de sistema de computação quântica de modelo de porta lógica este ano.

A adoção de portas pela empresa é digna de nota. A D-Wave se concentrou em processadores de recozimento quântico até agora. Ele afirma ter mais contagens de processadores de qubit supercondutores do que qualquer outro usuário de método probabilístico. Seu mais novo sistema Advantage inclui 5.000 qubits, o que é significativamente maior do que o dispositivo de 127 qubit da IBM anunciado em novembro.

No entanto, há um problema significativo. Os qubits de recozimento da D-Wave não possuem os recursos quânticos que outros sistemas de modelos de portas quânticos competitivos possuem, e a quantidade de aceleração de processamento que eles fornecem tem sido contestada. Apesar de ser usado em laboratórios do Google, NASA, Laboratório Nacional de Los Alamos e em outros lugares, as contagens de qubit da D-Wave foram criticadas por enfatizar um certo tipo de questão de otimização.

Traga o NISQ minucioso.

No entanto, devido à sua experiência anterior, a empresa tem desfrutado de uma vantagem competitiva significativa sobre seus rivais desde 2011, quando produziu e programou elementos supercondutores. Na realidade, alegações sobre correção de escala e erro quântico (ou “quantum de escala intermediária ruidosa”) no grupo de computação quântica do modelo de porta foram questionadas, levando ao termo “quantum de escala intermediária ruidosa” (ou simplesmente “NISQ”) para ser usado para caracterizar a era atual, durante a qual os consumidores devem começar a fazer o que podem com todos os qubits funcionais que possuem.

D-Wave se juntou a uma competição quântica de modelo de porta, onde parece haver muito espaço para desenvolvimento. De acordo com o Statistica, as receitas mundiais de computação quântica foram de US $ 412 milhões em 2020, mas devem chegar a US $ 8,6 bilhões em 2027.

Bolo, manteiga e computação quântica

A D-Wave planeja aumentar as vendas e disponibilidade do sistema à medida que amplia sua linha de produtos. A D-Wave anunciou um roteiro para desenvolvimentos futuros, que foi seguido pela confirmação de que a NEC Corporation será a primeira revendedora mundial do serviço de nuvem quântica Leap da empresa. A D-Wave também introduziu um kit Quantum QuickStart, que imita os esforços dos concorrentes para tornar a programação quântica acessível aos desenvolvedores Python do dia-a-dia por meio da nuvem.

A primeira decisão da D-Wave foi bem-sucedida, de acordo com Mark Johnson, vice-presidente de tecnologia quântica e produtos de sistemas da D-Wave. Ele se referiu ao novo plano da D-Wave com a Venture Beat em resposta ao uso de suas máquinas pela empresa para lidar com a programação de otimização e as dificuldades de roteamento usando os sistemas D-Wave. Uma das razões pelas quais ele decidiu trabalhar para a D-Wave no início de 2000, depois de trabalhar em circuitos supercondutores na TRW (agora parte da Northrop Grumman), foi por causa de sua utilidade no mundo real3.

“Hoje, é o tipo mais eficiente de tecnologia quântica para lidar com as dificuldades. O recozimento quântico tem uma tolerância de erro natural que rivaliza com o recozimento clássico. “Em qualquer caso, persistiram melhorias significativas no nível do portão.” Estamos aprendendo apenas nos últimos três ou quatro anos, a partir de um crescente corpo de trabalhos teóricos publicados, que é improvável que o recozimento quântico seja sempre melhor do que o portão modelos em problemas de otimização ”, disse Johnson.

No entanto, embora a correção de erros seja uma preocupação, não é a única questão nem a mais urgente. “É um excelente momento para se envolver na busca de resolvê-lo como uma indústria”, explicou Johnson. Isto é, enquanto continua a pressionar por avanços no recozimento.

“Nosso pão com manteiga vai ser um recozimento quântico, mas também estamos trabalhando em uma nova linha de produtos”, acrescentou. A D-Wave também está desenvolvendo um novo solver híbrido que funde a computação comercial convencional com recursos quânticos.

Os aceleradores fecham a lacuna de desempenho.

‘A inclusão de modelos de porta pela D-Wave é um passo natural para uma empresa que “aprendeu seu ofício em arquitetura de recozimento”, de acordo com Bob Sorensen da Hyperion Research, vice-presidente sênior e analista-chefe de computação quântica.

“A empresa tem boas habilidades na construção de tecnologia resfriada criogenicamente utilizável para aplicações de computação quântica”, disse ele. “Na transição para uma arquitetura de modelo de porta – embora não seja trivial – eles trazem muita inteligência para a mesa.”

Enquanto isso, o desenvolvimento contínuo que vê a computação quântica integrada em sistemas regulares de computador é a chave para ficar de olho, de acordo com Sorensen. Não é errado descrever isso como uma fusão de tecnologias, acrescentou ele. “Partes de um trabalho podem ser feitas em um sistema, passar para o outro e, em seguida, se reunir – iterando entre o sistema clássico e quântico para tirar vantagem das capacidades de desempenho de ambos ”, disse Sorensen.

Em resposta a essa pergunta, é razoável supor que ele chamou a computação quântica de revolucionária ao se referir ao futuro da IA. Em qualquer caso, ele previu que a computação quântica terá vantagens para determinadas cargas de trabalho de aplicativos. Como resultado, os processadores quânticos em sistemas clássicos quânticos híbridos serão usados ​​como um processador adicional para IA em data centers, assim como a GPU é hoje. “Pense nisso como um acelerador para cargas de trabalho de computação avançada específicas”, disse ele .

Em vez disso, lidar com cargas de trabalho é mais essencial do que atingir um nível de modelo de porta de 1.000 qubit ou demonstrar a supremacia quântica em comparação com a computação convencional. “É tudo uma questão de demonstrar que você pode resolver efetivamente os problemas do usuário final”, acrescentou Sorensen.