A Edição Quântica: Você Nunca Realmente Sabe o Futuro

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As pessoas têm debatido se um computador quântico representa uma ameaça realista para a rede Bitcoin há mais de uma década. Foi um tópico sério de conversa há mais de 13 anos, quando eu mesmo descobri o Bitcoin.

Houve bastante progresso, tanto em termos de teoria quanto de engenharia no mundo real, desde muito tempo atrás, quando eu era apenas um idiota atrapalhado tentando descobrir o que estava acontecendo aqui.

Dois marcos importantes foram alcançados desde então que fazem uma diferença material na probabilidade de um computador quântico viável realmente ser produzido em algum momento na próxima década ou algo assim. Isso não significa inerentemente que ele chegará a um ponto de ubiquidade, ou mesmo relativa facilidade de acesso para aqueles com grandes quantidades de capital.

Mas é muito possível que várias máquinas viáveis sejam produzidas no futuro próximo.

A primeira grande melhoria foi na correção de erros. Para dar conta do ruído inerente ao trabalhar com coisas nesse tipo de escala minúscula, para obter um qubit lógico que seja útil na computação na prática, é necessário o uso de múltiplos qubits físicos redundantes.

O estado da arte anterior de fazer isso eram os códigos de superfície, uma maneira de agrupar múltiplos 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). Cada espaço vazio da grade precisa ser preenchido com qubits de verificação.

Esse requisito de qubit de verificação 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 ao lado deles. Então, todo agrupamento de qubits precisa ter verificadores em espaçamento equidistante.

Os códigos de verificação de paridade de baixa densidade quântica (qLDPC) removem esse gargalo, permitindo que os qubits de verificação verifiquem outros qubits a grandes distâncias (seja através de traços entrelaçados para comunicar entre seções do chip, ou movendo fisicamente átomos 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 desprezar. Embora possa não ser uma máquina totalmente funcional progredindo no ganho de mais eficiência, são ganhos de eficiência materiais nos processos de engenharia que fundamentam a produção de um computador quântico totalmente funcional.

O segundo tem a ver com uma questão mais fundamental em torno da afirmação de que adicionar mais qubits físicos leva a uma redução no ruído geral no sistema em vez de um aumento. Isso é realmente, neste ponto, ainda teoria, e você tem que ter em mente que até hoje nunca houve um computador quântico totalmente funcional que tenha realizado de ponta a ponta uma computação que um computador clássico é incapaz de fazer.

O Google realizou um experimento usando seus chips Sycamore (e depois Willow) para verificar experimentalmente o efeito de adicionar mais qubits físicos. Para ser bem claro, isso não foi uma demonstração de realização de computações, mas simplesmente uma demonstração de armazenamento de informações na memória sem que decaíssem.

Eles demonstraram através do uso de qubits lógicos compostos por um feixe de 17 qubits físicos, um feixe de 49 qubits físicos e um feixe 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 de um limiar 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.

Agora, novamente, isso não é um salto para um computador quântico totalmente funcional realizando computações que as máquinas clássicas são incapazes de fazer, mas é um progresso material provando uma das suposições fundamentais subjacentes aos computadores quânticos.

Essas não são as únicas coisas para as quais estamos encontrando melhores soluções neste espaço de problemas também. A inteligência artificial se tornou um grande componente nesses sistemas. Ela está sendo usada no processo real de leitura e decodificação de informações de um computador quântico, um grande gargalo para realmente fazer uso dele em escala.

A IA também está sendo usada no desenvolvimento de novos algoritmos quânticos otimizados para esses tipos de máquinas, e dado o recente surto de IA ajudando a resolver (ou até mesmo refutar conjecturas existentes) grandes problemas no campo da matemática, isso não é realmente um salto tão louco considerar a possibilidade de grandes avanços trazidos pela IA.

Eles estão sendo colocados no mesmo uso no projeto real dos circuitos quânticos físicos que são construídos usando diferentes arquiteturas. Este é um problema muito complexo, na verdade, encontrar a maneira ideal de dispor portas quânticas em um espaço físico para minimizar o ruído no nível quântico, sem criar tanto espaço vazio que você introduza latência, ineficiência e outros problemas para resolver.

Este é um fator que muito bem poderia turbinar o progresso na solução dos problemas fundamentais necessários.

Em última análise, na minha opinião, isso se resume a uma pergunta: 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 se mantiver, e não for experimentalmente refutada em algum momento no futuro próximo, então acho que há um caso muito realista para um computador quântico viável ser produzido nos próximos dez anos.

Há uma quantidade massiva de recursos sendo lançados neste problema, progresso significativo (mas não esmagador) na solução de partes do problema, e se fundamentalmente há 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 destaque na última edição impressa da Bitcoin Magazine, A Edição Quântica. Estamos compartilhando aqui como uma prévia das ideias exploradas ao longo de toda a edição.

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