Revista Bitcoin
A questão quântica: você nunca sabe realmente o futuro
As pessoas têm debatido se um computador quântico representa uma ameaça realista à rede Bitcoin há mais de uma década. Foi um assunto sério de conversa há mais de 13 anos, quando eu mesmo descobri o Bitcoin.
Tem havido muito progresso, tanto em termos de teoria quanto de engenharia do mundo real, desde muito tempo atrás, quando eu era apenas um idiota desajeitado tentando descobrir o que estava acontecendo aqui.
Desde então, dois marcos importantes foram alcançados e fazem uma diferença material na probabilidade de um computador quântico viável ser realmente produzido em algum momento da próxima década. Isso não significa inerentemente que atingirá um ponto de omnipresença, ou mesmo de relativa facilidade de acesso para aqueles com grandes quantidades de capital.
Mas é muito possível que num futuro próximo sejam produzidas várias máquinas viáveis.
Melhorias na correção de erros
A primeira grande melhoria foi na correção de erros. Para explicar o ruído inerente ao trabalho com coisas nesse tipo de escala minúscula, para obter um qubit lógico que seja útil na computação na prática, é necessário o uso de vários qubits físicos redundantes.
A maneira mais avançada de fazer isso eram os códigos de superfície, uma maneira de agrupar vários qubits físicos em uma grade e usar alguns deles como qubits de verificação que periodicamente “verificam” seus vizinhos para garantir que nenhum erro interno na superposição tenha ocorrido (sem colapsar a superposição). Os espaços vazios de cada grade precisam ser preenchidos com qubits de verificação.
Esse requisito de verificação de qubit cria uma sobrecarga extra que pode chegar perto de 1.000 qubits físicos por qubit lógico no total, e fica ruim em escala porque os qubits de verificação só podem verificar os qubits imediatamente próximos a eles. Portanto, todo agrupamento de qubits precisa ter verificadores em espaçamento equidistante.
Os códigos quânticos de verificação de paridade de baixa densidade (qLDPC) removem esse gargalo, permitindo que qubits de verificação verifiquem outros qubits em grandes distâncias (seja por meio de traços entrelaçados para se comunicar entre seções do chip ou movendo átomos fisicamente como no design de átomo neutro) através do dispositivo. Isso permitiu uma redução de 10x na quantidade de qubits físicos necessários para produzir um qubit lógico confiável.
Isso não é algo para se espirrar. Embora possa não ser uma máquina totalmente funcional que progrida na obtenção de mais eficiência, são os ganhos de eficiência material nos processos de engenharia que fundamentam a produção de um computador quântico totalmente funcional.
Progresso na prova dos fundamentos
A segunda tem a ver com uma questão mais fundamental em torno da afirmação de que adicionar mais qubits físicos leva a uma redução do ruído geral no sistema, em vez de a um aumento. Neste ponto, isso ainda é teoria, e você deve ter em mente que até hoje nunca houve um computador quântico totalmente funcional que tivesse executado de ponta a ponta um cálculo que um computador clássico fosse incapaz de fazer.
O Google realizou um experimento usando seus chips Sycamore (e mais tarde Willow) para verificar experimentalmente o efeito da adição de mais qubits físicos. Para ser bem claro, esta não foi uma demonstração de realização de cálculos, mas simplesmente uma demonstração de armazenamento de informações na memória sem que elas se deteriorassem.
Eles demonstraram através do uso de qubits lógicos compostos por um pacote de 17 qubits físicos, um pacote de 49 qubits físicos e um pacote de 101 qubits físicos que a taxa de erro lógico, a frequência de corrupção de dados, diminuiu à medida que a contagem de qubits físicos aumentou. Este teste passou em um limite crítico, onde o qubit lógico criado a partir dos qubits físicos independentes manteve a coerência por mais tempo do que qualquer qubit físico individual do qual era composto.
Mais uma vez, este não é um salto para um computador quântico totalmente funcional, realizando cálculos que as máquinas clássicas são incapazes de realizar, mas é um progresso material que prova uma das suposições fundamentais subjacentes aos computadores quânticos.
IA
Essas não são as únicas coisas para as quais estamos encontrando soluções melhores neste espaço problemático. A inteligência artificial tornou-se um grande componente nesses sistemas. Ele está sendo usado no processo real de leitura e decodificação de informações de um computador quântico, um grande gargalo para realmente utilizá-lo em escala.
A IA também está sendo usada no desenvolvimento de novos algoritmos quânticos otimizados para esses tipos de máquinas, e dada a recente onda de IA ajudando a resolver (ou mesmo refutar conjecturas existentes) grandes problemas no campo da matemática, não é realmente um salto tão louco considerar a possibilidade de grandes avanços trazidos pela IA.
Eles estão sendo usados da mesma forma no projeto dos circuitos quânticos físicos reais que são construídos usando arquiteturas diferentes. Na verdade, este é um problema muito complexo: encontrar a maneira ideal de estabelecer portas quânticas em um espaço físico para minimizar o ruído no nível quântico, sem criar tanto espaço vazio que introduza latência, ineficiência e outros problemas a serem resolvidos.
Este é um factor que poderia muito bem impulsionar o progresso na resolução dos problemas fundamentais necessários.
Perspectiva futura
Em última análise, na minha opinião, isto se resume a uma questão: a suposição de que adicionar mais qubits físicos reduz o ruído realmente se mantém quando se trata de computação e manipulação ativa de informações quânticas.
Se essa suposição for válida e não for refutada experimentalmente em algum momento no futuro próximo, então acho que há um argumento muito realista para a produção de um computador quântico viável nos próximos dez anos.
Há uma enorme quantidade de recursos sendo investidos neste problema, um progresso significativo (mas não esmagador) na resolução de partes do problema, e se existe fundamentalmente uma maneira de fazer algo, os seres humanos geralmente descobrem.
Não estou dizendo que é hora de entrar em pânico, mas não descarte a possibilidade.
Esta peça é apresentada na última edição impressa da Bitcoin Magazine, The Quantum Issue. Estamos compartilhando isso aqui como uma visão inicial das ideias exploradas ao longo da edição completa.