Google anuncia o Quantum Chip Willow, impulsionando o progresso em direção à computação quântica em larga escala

Empresa de tecnologia Google apresentou o Willow, seu mais recente chip quântico, que oferece desempenho avançado em várias métricas, permitindo dois avanços. O Willow é capaz de reduzir erros exponencialmente à medida que mais qubits são adicionados, abordando um grande desafio na correção de erros quânticos que os pesquisadores vêm enfrentando há quase 30 anos. Além disso, o Willow concluiu com sucesso uma computação de benchmark padrão em menos de cinco minutos, uma tarefa que levaria um dos supercomputadores mais rápidos da atualidade dez setilhões (ou 10^25) anos para ser concluída — um período que ultrapassa em muito a idade do Universo.

Os erros representam um dos desafios mais significativos na Computação quântica , já que os qubits — as unidades fundamentais de computação em computadores quânticos — tendem a interagir rapidamente com seu ambiente, dificultando a manutenção das informações necessárias para concluir os cálculos.

Um estudo recente publicado na Nature demonstra que, ao aumentar o número de qubits usados ​​no Willow, também é possível reduzir erros e aprimorar as características quânticas do sistema. O Google testou matrizes progressivamente maiores de qubits físicos, começando com uma grade 3×3, depois mudando para uma 5×5 e, eventualmente, uma grade 7×7. Cada vez, ao aplicar nossos últimos avanços em correção de erros quânticos, conseguimos reduzir pela metade a taxa de erros. Essa redução exponencial em erros marca uma conquista histórica no campo, conhecida como "abaixo do limite" — a capacidade de reduzir as taxas de erros enquanto aumenta o número de qubits.

Para avaliar o desempenho do Willow, o Google usou o benchmark de amostragem de circuito aleatório (RCS). Os resultados são notáveis: Willow completou um cálculo em menos de cinco minutos que levaria 10^25 anos, ou dez septilhões de anos, para ser concluído por um dos supercomputadores mais poderosos da atualidade. Para colocar em perspectiva, isso é equivalente a 10,000,000,000,000,000,000,000,000 anos. Esse número extraordinário excede em muito qualquer escala de tempo conhecida na física e é muitas vezes maior do que a idade do universo.

O que vem a seguir para Willow?

De acordo com o Google , o desenvolvimento do chip Willow começou há mais de uma década. O objetivo era criar um computador quântico prático e de larga escala que pudesse aproveitar a mecânica quântica — o "sistema operacional" da natureza, como o entendemos hoje — para beneficiar a sociedade ao avançar a descoberta científica, desenvolver aplicações úteis e abordar alguns dos desafios mais urgentes da sociedade. Como parte do Google Research, a equipe delineou um roteiro de longo prazo, com o Willow marcando um marco importante em direção a aplicações comercialmente viáveis.

O próximo desafio no campo é demonstrar a primeira computação “útil, além do clássico” nos dias de hoje chips quânticos , um que seja relevante para aplicações do mundo real. O Google está otimista de que a geração de chips Willow pode ajudar a atingir esse marco.

Até agora, dois tipos distintos de experimentos foram conduzidos. Primeiro, o benchmark RCS foi realizado, que avalia o desempenho em relação a computadores clássicos, embora não tenha aplicações diretas no mundo real. Segundo, simulações de sistemas quânticos foram realizadas, levando a novas descobertas científicas, embora ainda estejam dentro da capacidade dos computadores clássicos. O objetivo é combinar ambas as abordagens — entrando no reino dos algoritmos que estão além da computação clássica e também aplicáveis ​​a problemas comerciais significativos do mundo real.