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Esta é a terceira parcela de uma série de quatro partes. Leia a primeira parte aqui e a segunda parte aqui .
Jonathan Tennenbaum: Esta é uma pergunta que interessa especialmente aos leitores do Asia Times. Como você compararia o esforço da China na área de computação quântica com o de outras partes do mundo, por exemplo, nos Estados Unidos? Os chineses estão na frente? Você ouviu que eles estão colocando muito dinheiro neste campo.
Scott Aaronson: Bem, eu diria que, há alguns anos, a China assumiu uma clara liderança na área de comunicação quântica. A comunicação é diferente da computação quântica. Eles lançaram uma missão de satélite que pode distribuir o emaranhamento de fótons por mais de 3.000 milhas de uma extremidade da China à outra extremidade da China. E eles podem fazer criptografia quântica nesse tipo de distância. Pelo menos se o tempo permitir.
Ainda não é prático, mas eles foram os primeiros a demonstrar que você pode enviar um qubit para o espaço, fazer com que ele volte à Terra e ainda medi-lo como um qubit. Os EUA cogitaram fazer isso e decidiram não financiá-lo. Isso foi há mais de uma década.
JT: Curiosamente, foi exatamente o mesmo grupo de pesquisa chinês em torno de Pan Jianwei, que realizou o experimento de comunicação quântica por satélite, que também construiu o Jiuzhang,
Cobertura da televisão chinesa sobre a experiência recente. Captura de tela.
SA: Isso é o que ajudou a estimular todo esse pânico nos EUA, de que existe um "Sputnik quântico". Isso ajudou a levar à aprovação do National Quantum Initiative Act, que o Congresso aprovou por unanimidade há alguns anos. Imagine, o que o Congresso ainda faz por unanimidade?
JT: Sim, uma rara coerência em Washington atualmente.
SA: Na verdade, o patrocinador do projeto no Senado foi Kamala Harris. Eu me encontrei com sua equipe quando eles estavam escrevendo. É cerca de um bilhão de dólares para pesquisas em computação quântica. As pessoas no Congresso perceberam que a China estava avançando na comunicação quântica fotônica e, em suas mentes, acho que a comunicação quântica e a computação quântica estavam todas confundidas.
JT: De alguma forma, apenas o uso da palavra “quantum” tende a colocar as pessoas em um estado de admiração.
SA: Sim, é uma palavra incrível.
Mas eu diria que os EUA têm uma liderança bastante clara na computação quântica per se, em termos do que sabemos.
Na supercondução de qubits, os maiores concorrentes são o grupo do Google em Santa Bárbara e o da IBM em Yorktown Heights. Existe uma empresa iniciante chamada Rigetti em Berkeley. E qubits de íons presos na Universidade de Maryland e na Honeywell, no Colorado.
Com relação aos qubits fotônicos, existe uma empresa iniciante bastante secreta chamada PsiQuantum em Palo Alto. Eles estão tentando construir um computador quântico fotônico. Mas, em contraste com o grupo chinês, eles disseram: Nós nem nos importamos com a supremacia quântica. Vamos simplesmente pular isso. Queremos ir direto para um computador quântico totalmente corrigido de erros. Eles levantaram mais de duzentos milhões de dólares.
JT: Os chineses, quer estejam deliberadamente ou não, estão fazendo muito bem para as ações de certas empresas americanas, suponho.
SA: É bastante novo, nos últimos cinco anos, que Google, IBM, Microsoft, Amazon e assim por diante tenham entrado na computação quântica na extensão que eles têm. Em parte é por prestígio ou algo parecido, e em parte eles querem pensar em 10 ou 20 anos no futuro.
Controlador de qubit único criogênico CMOS de primeira geração do Google empacotado e pronto para ser implantado dentro de um criostato. O controlador mede 1 mm por 1,6 mm. Fotos: Google
JT: Também acho que as pessoas nos Estados Unidos estão assustadas com a ideia de a China produzir milhões de PhDs em computadores quânticos chineses.
SA: Eu diria que este anúncio representa uma entrada da China na computação quântica escalável de uma forma importante. Claro, a China vem fazendo coisas há muito tempo, mas não era óbvio se eles iriam competir na fronteira da escala. Pelo menos na computação quântica fotônica, agora parece bastante claro que sim.
Eles colocaram muitos ovos na cesta de um computador quântico fotônico. Devo deixar claro que ainda não sabemos qual dessas abordagens, se houver, será a maneira certa de aumentar para milhares ou milhões de qubits.
Gostaria de enfatizar que há pelo menos cinco abordagens que estão sendo adotadas. Supercondutor de qubits, Google, IBM e Rigetti. Qubits fotônicos, o chinês e o PsiQuantum. Qubits de íons presos, com IonQ e Honeywell.
O átomo neutro qubits com o grupo Mikhail Lukin em Harvard. E então talvez eu incluísse qubits de silício, com um grupo na Austrália fazendo isso. E há qubits topológicos, que a Microsoft está fazendo, que exigirão a criação de um novo estado da matéria que nunca foi visto na natureza.
JT: Então, você pode realmente acabar com toda uma gama de tecnologias diferentes que seriam utilizáveis para a computação quântica.
SA: Certo. Uma coisa que você pode imaginar é que você teria diferentes tipos de qubits que são bons para diferentes propósitos. Os computadores quânticos podem até envolver híbridos de várias dessas tecnologias.
Agora, se você olhar para a história da computação clássica, outra coisa que você pode imaginar é que alguém inventará o análogo do transistor. Algo tão bom que vai destruir todo o resto. Acho que é justo dizer que ainda não temos o análogo de computação quântica do transistor. Mal estamos entrando na era do tubo de vácuo.
JT: Chegando a outra pergunta, posso imaginar que alguém poderia vir e dizer: Bem, isso parece ótimo. Mas o que você basicamente tem, se não ficarmos maravilhados com a palavra quantum, é apenas um sistema de computador analógico. Eu mesmo sempre acreditei que, mais cedo ou mais tarde, os computadores analógicos se tornarão tão importantes quanto os digitais. Já observei coisas como o dobramento de proteínas.
O chamado paradoxo de Levinthal sugere que prever a conformação na qual uma proteína se dobrará, a partir da cadeia original de aminoácidos, geralmente levará muito tempo com os computadores existentes.
Prever a forma tridimensional (conformação) de uma proteína é um dos maiores desafios para os computadores. Fonte: Wikimedia
SA: Mas você sabe, apenas algumas semanas atrás, DeepMind disse que eles resolveram o enovelamento de proteínas. Embora não esteja claro o que “resolvido” significa. Mas é claro que há progresso.
JT: O que eu queria dizer é que pode haver um certo ponto em que você diz: apenas deixe a proteína se dobrar. E então eu sei qual é a conformação.
SA: Claro.
JT: Então, a natureza resolve esses problemas sem computação. Ou talvez possamos usar a proteína como uma espécie de computador analógico. Então, aqui estão algumas perguntas. Além da vantagem ou supremacia computacional, os computadores digitais atuais têm a grande vantagem de uma espécie de universalidade. Eles podem ser lentos, mas você pode programá-los para fazer o que quiser.
E os computadores quânticos? Já ouvi o termo “computador quântico universal”, mas, na prática, os sistemas com os quais estamos lidando agora são otimizados para tipos específicos de problemas.
SA: Há um monte de coisas às quais responder aqui. A primeira coisa que eu diria é que, com o termo computador analógico, você deve ter cuidado porque um computador quântico é em alguns aspectos como um computador analógico e em outros aspectos como um digital.
Realmente não se encaixa facilmente nessa dicotomia, porque as amplitudes na mecânica quântica são uma quantidade contínua, mas assim que você faz uma medição, obtém uma resposta sim ou não.
Toda a teoria da correção de erros quânticos, desenvolvida nos anos 90, mostra que um computador quântico na verdade se comporta muito mais como um computador digital em alguns aspectos. Isso foi muito surpreendente para as pessoas.
No que diz respeito à questão da universalidade e programação, eu diria que uma das vantagens da rota do Google, em relação à chinesa, é que o design do Google na verdade é universal. Claro, você está severamente limitado em quantos qubits você tem e quantas operações você pode fazer com esses qubits enquanto mantém o estado quântico. Mas, exceto por essas limitações, é universal. Você pode fazer uma sequência arbitrária de operações, qualquer computação quântica que desejar.
E é totalmente programável. No próximo segundo, você pode dar a ele uma sequência de operações completamente diferente e ela fará essa.
Quanto ao experimento chinês, em primeiro lugar, a amostragem de bósons não é um modelo universal para computação quântica. E sabíamos disso desde o início.
JT: Tem um propósito diferente.
SA: Sim, mas você pode esperar de qualquer maneira que pelo menos seu experimento de amostragem de bóson seja reconfigurável, o que significa que você pode mudar os divisores de feixe de um dos experimentos para o próximo. O experimento chinês não é reconfigurável. Eles decidem de uma vez por todas qual deve ser o padrão dos divisores de feixe. Eles constroem isso e fazem a amostragem com isso.
Sobre o paradoxo de Levinthal: se for um paradoxo real, em vez de apenas aparente, uma proteína de dobramento já contaria como um computador que parece funcionar para alguma tarefa. Mas você sabe, pode levar décadas de trabalho, mas acho que, em última análise, não há nada acontecendo lá que um computador clássico não possa lhe dizer.
JT: É um problema quântico de muitos corpos.
SA: A única possibilidade de o enovelamento de proteínas ser verdadeiramente difícil no sentido teórico é se os efeitos quânticos são realmente relevantes para como a proteína se dobra - embora os novos resultados do DeepMind pareçam sugerir que você pode obter respostas dentro da precisão química sem precisar para explicar os efeitos quânticos. Isso faz sentido porque as proteínas são muito grandes.
Mas, em certo sentido, é verdade que você está construindo um sistema quântico especializado que está apenas tentando resolver o problema específico de simulação de si mesmo.
A parte final da série de quatro partes será publicada em breve. Verifique o Asia Times regularmente para ver a próxima edição .
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