Introdução – Por que aprender computação quântica?

Computação Quântica ainda pode parecer algo distante da nossa realidade, mas já é possível a qualquer pessoa executar um programa em um computador quântico. Grande progresso tem sido alcançado nessa área nos último anos e há interesse por parte das empresas que investem nessa área em formar pessoas que serão capazes de programar esse computadores, que estarão disponíveis em alguns anos. Por isso, essas empresas também investem na produção de material para o ensino e divulgação de computação quântica e permitem o acesso a simuladores de computadores quânticos. Além disso, tanto a IBM quanto a Rigetti disponibilizam o acesso a alguns de seus computadores quânticos permitindo que qualquer usuário possa executar um programa em um computador quântico.

Figura 1. Processador quântico Sycamore. Fonte: https://quantumai.google/hardware .

Um grande marco na história da Computação Quântica ocorreu em 2019, quando a Google anunciou que o processador quântico Sycamore de 53 qubits foi utilizado com sucesso para realizar uma determinada tarefa computacional em um tempo de aproximadamente 200 segundos que levaria cerca de 10 mil anos para ser realizada pelo Summit. O Summit é um computador de 200 petaflops produzido pela IBM para o governo dos EUA que está localizado no Laboratório Nacional de Oak Ridge. Ao tomar conhecimento, a IBM corrigiu a declaração dos pesquisadores da Google e afirmou que o Summit realizaria tal operação em dois dias e meio. Ainda assim, o feito realizado pela Google foi impressionante o que garantiu à Google e aos EUA o domínio da Supremacia Quântica. Computação Quântica foi uma das áreas prioritárias do recurso destinado à pesquisa e desenvolvimento pelo governo dos EUA em 2021. A disputa pelo domínio da tecnologia quântica tem levado muitos países a destinar quantias cada vez maiores para pesquisas nessa área de conhecimento.

São destaque entre as empresas que investem no desenvolvimento de processadores quânticos, a Google, a IBM, a Intel e a Rigetti. Até fevereiro de 2022, os processadores de cada uma dessas empresas que possuem a maior quantidade de qubits são: o Aspen 10 com 32 qubits desenvolvido pela Rigetti, o Tangle Lake com 49 qubits desenvolvido pela Intel, o Bristlecone com 72 qubits desenvolvido pela Google e o Eagle com 127 qubits desenvolvido pela IBM. A IBM pretende lançar, em 2022, o processador Osprey com 433 qubits e, em 2023, o processador Condor com 1.123 qubits.

Figura 2. Recursos destinados à pesquisa e desenvolvimento de tecnologias quânticas. Fonte: https://www.qureca.com/overview-on-quantum-initiatives-worldwide/.

Processadores quânticos requerem temperaturas extremamente baixas para o seu funcionamento. Esses processadores são acoplados na extremidade inferior de um refrigerador de diluição que permite que o processador quântico opere em temperaturas próximas ao zero absoluto. Processadores quânticos também precisam ser blindados de toda interferência externa. Para isso, são inseridos em cilindros onde é feito vácuo e há sistemas de proteção contra campos eletromagnéticos externos.

Figura 3. Refrigerador de diluição. Fonte: https://www.ibm.com/blogs/research/2020/01/quantum-limited-amplifiers/.