O chip Willow do Google executa um algoritmo quântico 13.000 vezes mais rápido do que os supercomputadores: eis como seu design supercondutor torna isso possível

O Google anunciou um grande avanço em seu esforço para obter uma computação quântica utilizável. O processador Willow da empresa executou um complexo algoritmo Quantum Echoes cerca de 13.000 vezes mais rápido do que os supercomputadores clássicos mais rápidos da atualidade.

O Willow representa um salto significativo em relação ao avanço do Google com o chip Sycamore em 2019. Ao contrário deste último, o primeiro chip supercondutor tem valor no mundo real. Ele demonstrou aplicação no desenvolvimento de IA, modelagem química e pesquisa de materiais avançados, de acordo com os resultados publicados na Nature.

Como funciona o chip quântico supercondutor do Google

O chip Willow emprega 105 qubits supercondutores (qubit é a abreviação de quantum bit, a unidade básica de informação na computação quântica; é semelhante ao bit na computação clássica). Cada qubit funciona como um átomo simulado e pode abrigar informações em superposição ou vários estados simultaneamente.

Quando os qubits se emaranham (um estado em que dois ou mais qubits têm um efeito um sobre o outro, independentemente da distância entre eles), eles passam informações quânticas em tempo real. Isso permite que o processador analise várias soluções simultaneamente.

Os sistemas quânticos precisam ser estáveis para manter uma relação previsível entre seus estados quânticos ao longo do tempo. Por isso, o Google projetou o Willow para operar próximo ao zero absoluto, evitando o calor e a interferência vibracional.

A arquitetura do chip é otimizada para velocidade e precisão, e o experimento relatou fidelidades de porta de um único qubit de 99,97% e portas de emaranhamento de 99,88%. Isso torna o Willow ideal para a execução de algoritmos quânticos em grande escala.

(A fidelidade de porta é uma medida de como uma porta quântica funciona em comparação com sua versão ideal e sem erros. Quanto mais próximo de 100%, mais ele se comporta como seu modelo teórico)

Como o Google validou a capacidade de computação quântica do Willow

O projeto Willow é especial devido à sua possibilidade de verificação. Graças à capacidade dos resultados do algoritmo Quantum Echoes de serem validados em diferentes máquinas ou condições de laboratório, o Google conseguiu atender aos principais requisitos para reivindicar a superioridade quântica.

O algoritmo Quantum Echoes ajuda os pesquisadores a modelar o comportamento molecular, as ligações químicas e as estruturas eletrônicas com mais precisão do que as simulações clássicas. O chip alimentou um supercomputador que resolveu o algoritmo, fornecendo resultados em um décimo terceiro milésimo do tempo que um supercomputador clássico levaria.

Como disse o pesquisador do Google Tom O'Brien, a reprodutibilidade do Willow é o que separa os avanços teóricos dos práticos. Ele afirmou: "Se não pudermos provar que os dados estão corretos, não poderemos fazer nada com eles"

Outro pesquisador do projeto, o ganhador do prêmio Nobel Michel H. Devoret, que foi o físico principal, disse: "Mostramos que os circuitos elétricos podem se comportar como átomos. Agora estamos mostrando o que esses átomos artificiais podem fazer"

O que a descoberta da computação quântica Willow do Google significa para a IA e a ciência?

O chip supercondutor Willow pode ajudar a reduzir em grande escala o tempo que os cientistas precisam para simular sistemas biológicos. Ele também tem o potencial de lidar com cenários em que a computação clássica não consegue gerar conjuntos de dados precisos.

O processador do Google também pode ser aplicado a novos projetos de materiais e ao treinamento de sistemas de IA com eficiência de dados. Se for validado posteriormente, o avanço de Willow poderá levar a computação quântica ao limiar da praticidade e da escalabilidade na solução de problemas industriais.