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Limitações quânticas

Depois de testar o DW2, supercomputador usado pelo Google, cientistas concluem que a máquina não é capaz de realizar determinadas tarefas de forma muito mais veloz que os equipamento tradicionais

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postado em 20/06/2014 14:00

Roberta Machado

 (Valdo Virgo/CB/D.A Press) 

A computação quântica é uma ciência baseada em incertezas. Diferentemente de um computador comum, que funciona com base nos bits 0 e 1, essa tecnologia usa os chamados qubits, que podem estar nos dois estados ao mesmo tempo. A mesma situação, ironicamente, parece se aplicar às próprias máquinas, que podem ter um sistema do tipo, mas não serem consideradas computadores quânticos propriamente ditos. Há uma década, os pesquisadores quebram a cabeça para descobrir como avaliar se os equipamentos que usam essa técnica têm o potencial esperado dela ou se falham em superar um sistema comum. Um artigo publicado hoje na revista Science procura resolver essa questão ao testar o DW2, considerado o primeiro computador quântico comercial.

A complicada dinâmica dessas máquinas é baseada nos spins (movimentos magnéticos internos) dos elétrons, o que resulta em um cálculo exponencial potencialmente infinito para resolver problemas que são complicados demais para um dispositivo regular. Um computador quântico com 10 qubits, por exemplo, teria uma capacidade equivalente a uma máquina de 1024 bits. E basta adicionar mais um quibit à conta para obter um dispositivo equiparável a um computador de 2048 bits.

O conceito é tentador, mas a prática não é tão fácil. Os pesquisadores do Instituto Federal de Tecnologia de Zurique (ETH), na Suíça, utilizaram todos os 503 qubits do DW2 para resolver problemas matemáticos complexos e compararam a performance da supermáquina com a de um computador comum equipado com um algoritmo otimizado. Na lógica do teste, conforme a dificuldade das equações aumentasse, esperava-se que o tempo necessário para encontrar a solução crescesse em um ritmo mais lento no computador quântico do que na máquina comum, ampliando a diferença de performance entre eles.

O resultado da disputa foi inconclusivo, sem sinais de que o sistema tenha atingido a velocidade quântica — ao menos para os problemas propostos. “Essa é uma máquina com um propósito especial, não um computador quântico de uso geral. Ele só pode resolver alguns problemas de otimização. A ausência da velocidade quântica nos nossos testes significa que, mesmo que o dispositivo use efeitos quânticos, eles não parecem dar ao dispositivo uma vantagem sobre o computador clássico”, explica Matthias Troyer, pesquisador do ETH e um dos autores do trabalho.

Ceticismo
O equipamento é uma variação do primeiro sistema da D-wave e foi lançado com a promessa de ser 3,6 mil vezes mais rápido que um supercomputador tradicional. “A comunidade foi muito cética com relação ao fato de esse computador ser realmente quântico. Todos os laboratórios da época com a mesma tecnologia de supercondutores qubits de fluxo não conseguiam fazer nem 3 quibits, e esses caras falavam de 128”, lembra Marcos Cesar de Oliveira, professor de física da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), referindo-se ao antecessor do DW2, o DW1, lançado em 2011.

“Mas já foram feitos testes, sem nenhuma análise conclusiva, mostrando que de fato ele tinha o efeito quântico no fim da computação, mas ele não era melhor do que uma versão de simulação. É o mesmo resultado desse artigo”, compara o brasileiro, que não participou da pesquisa. “Ele tem as características de quântico, só que não tem a performance”, resume o especialista.

Os pesquisadores, contudo, ainda não descartam totalmente o potencial superior do DW2 e acreditam que outros tipos de tarefas podem despertar o talento quântico do computador. Em testes anteriores, a máquina já atingiu marcas impressionantes de 100 soluções em meio segundo, um resultado 3,6 mil vezes mais eficiente que o de supercomputadores. Engenheiros da D-Wave e do Google, responsáveis pela criação da máquina e donos de um DW2 cada, devem continuar procurando outros problemas apropriados para o computador especial.

Em desenvolvimento
O dispositivo testado nesse experimento era uma máquina de uso limitado, pois ainda é assim que são desenvolvidos os computadores com tecnologia quântica. A ciência ainda tem ao menos duas décadas pela frente até que surjam equipamentos universais, equipados para competir com máquinas clássicas em qualquer tarefa. “Ainda assim, eles serão muito eficientes somente em um conjunto limitado de tarefas. Eles não vão substituir computadores e continuarão sendo ferramentas de propósitos especiais”, explica Troyer, que faz a previsão. Quando estiver aprimorada, essa tecnologia poderá ser usada para diversos tipos de simulações, que seriam úteis desde o campo da física teórica até a compreensão de complexos processos biológicos, como a fotossíntese ou o voo dos pássaros.

Esses aparelhos também apresentam outras limitações, que tornariam impossível o uso de um computador quântico em um escritório ou em uma residência. O DW2 opera no vácuo, com uma ajuda de escudos especiais contra a interferência magnética e a uma temperatura de -273ºC. Essa proteção procura evitar que as propriedades quânticas sejam “lavadas” pela interação da máquina com o ambiente, uma das possíveis razões para a performance limitada desses dispositivos, que podem nunca atingir o regime puramente quântico da teoria.
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