“Estamos no início da Era Quântica”, diz Vern Brownell. “Acreditamos que estamos bem no limite de fornecimento de recursos impossíveis de obter com a computação clássica”, completa. O potencial da Computação Quântica, em sua plenitude, pode estar a anos de distância, mas muitos benefícios já estão disponíveis agora, argumenta Vern Brownell, presidente e CEO da D-Wave, cujo sistema quântico está em testes pela Google, NASA e Lockheed-Martin. Lançado há 17 anos por uma equipe com raízes na Canada’s University of British Columbia, a D-Wave apresentou o que chamou de “o primeiro computador quântico comercialmente disponível do mundo” por volta em 2010. Esse ano, a D-Wave Systems lançou comercialmente o 2000Q, um computador quântico de 2000 qubits a módicos US$ 15 milhões.  O computador quântico anterior da companhia tinha 1.000 qubits.

A companhia também anunciou que a Temporal Defense Systems Inc. (TDS), uma empresa de cibersegurança baseada em Kirkland, Washington, será a primeira a comprar o sistema 2000Q. Entre seus clientes figuram empresas como Google, NASA e Lockheed-Martin. Em um experimento recente, a Google informou que a tecnologia da D-Wave superou uma máquina convencional de 100 milhões de vezes.

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Os sistemas de 1.000 quibits da empresa canadense estão sendo testados pelo Google, NASA e pela Lockheed Martin. “Somos a única empresa a vender computadores quânticos e nosso ecossistema crescente de usuários e desenvolvedores nos dá o benefício de sua experiência prática à medida que desenvolvemos produtos para resolver problemas do mundo real”, disse Vern Brownell, CEO da D-Wave, em comunicado. O computador “revolucionará as comunicações seguras, protegerá contra ameaças internas e ajudará na identificação de adversários cibernéticos e padrões de ataque”, disse James Burrell, diretor de tecnologia da TDS e ex-diretor adjunto do FBI.

Um computador quântico difere da computação tradicional porque não usa uns e zeros – ou bits – e não processa instruções ou trabalha através de cálculos de forma linear. Em vez disso, um computador quântico usa qubits, que pode agir tanto como um ou zero e um estado conhecido como superposição, permitindo novos níveis de desempenho e eficiência. Como o sistema não funciona de forma linear, ele também pode calcular todas as possibilidades de um problema ao mesmo tempo. Equipados com esse poder, os pesquisadores podem resolver problemas que não poderiam resolver antes.

A computação quântica está na vanguarda da ciência da computação. E é ainda algo difícil de entender, construir e até mesmo de testar seu poder de processamento. Muitos, tanto no mundo da ciência da computação como no mundo da física, dizem que ninguém ainda desenvolveu uma verdadeira máquina quântica e que a D-Wave está simplesmente trabalhando para construir uma.

Os executivos da D-Wave argumentariam que, sim, eles têm uma máquina quântica. O Google, a NASA e a Lockheed Martin não comentaram muito sobre o uso dos sistemas da D-Wave, mas o fato de testá-los dá credibilidade às possibilidades dos sistemas, senão sua legitimidade.

 

“É uma tecnologia legal que será importante no futuro”, disse Dan Olds, analista da Orion Research. “Mas ainda é a computação mais exótica lá fora …. Este novo sistema é um grande negócio.”

Olds não está convencido de que a D-Wave está construindo máquinas quânticas reais, mas está impressionado com o novo 2000Q da companhia. “Definitivamente, até que algo melhor aconteça, é quantum o suficiente”, disse. “As pessoas que se dividem sobre se este é quantum ou não estão perdendo o quadro maior. Isso nos permite resolver problemas em escala quântica.”

Mas para Ezra Gottheil, analista da Technology Business Research, o novo sistema D-Wave não é tão excitante. “Não é grande coisa”, disse. “Empresas como a D-Wave estão fazendo progressos, mas tenho a impressão de que nós ainda estamos a décadas de distância de computadores quânticos práticos”.

A expectativa é que computadores quânticos sejam projetados para serem particularmente bons em computações maciças e perguntas complexas. Se cientistas estão buscando a cura para o Alzheimer ou câncer, ou se eles estão procurando planetas habitáveis ​​distantes, então uma máquina quântica poderia ser de muita ajuda. Mas para edição de vídeo e quebrar números para o orçamento da empresa, bem, um computador tradicional ainda será mais eficiente.

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“Os computadores quânticos terão impacto em quase todas as disciplinas” (para saber mais sobre as aplicações clique aqui), afirma Brownell, citando exemplos como a descoberta de medicamentos e modelagem climática. “Isso abre uma nova caixa de ferramentas para os cientistas e desenvolvedores.” As empresas já podem adicionar recursos quânticos em suas cargas de trabalho, e os clientes podem acessar máquinas D-Wave remotamente, na British Columbia. Como no caso da IBM, que anunciou recentemente que as suas próprias capacidades quânticas estão disponíveis para clientes por meio da nuvem.

Cada vez mais, o acesso em nuvem será o modelo de implantação primário para tais tecnologias. Tipicamente, a computação quântica vai ser usada junto com os sistemas convencionais, disse Brownell. “Se você está usando um iPhone, um desktop ou qualquer outra coisa, você pode acessar a tecnologia quântica, assim como qualquer outro recurso”, explicou. Isso não quer dizer que não existem desafios. A D-Wave Fabrica chips supercondutores e software capaz de injetar recursos de computação quântica em algoritmos de aprendizado de máquina para treinamento muitas o vezes mais rápido e com maior precisão.

Aplicações 

Na Nasa: Aparentemente, não há muito o que olhar na “caixa preta” que reside no coração do Advanced Supercomputing da Nasa, no Vale do Silício. Do tamanho de um armário, ele é menor que um supercomputador convencional, mas algo realmente impressionante acontece em seu interior. No caso, a caixa é um computador quântico D-Wave 2X, que teoricamente pode ser usado para resolver problemas complexos em segundos em vez de levar anos. A pesquisa ainda se encontra em estágios iniciais e o uso comercial pode estar décadas de distância, mas uma equipe de engenheiros da Nasa e Google anunciaram recentemente que o computador D-Wave, ao rodar um problema de otimização, obteve uma resposta 100 milhões de vezes mais rápida que um computador convencional com um único núcleo de processamento.images.png

“O que uma máquina D-Wave faz em um segundo levaria 10 mil anos para um computador convencional com um único núcleo”, disse Hartmut Neven, diretor de engenharia do Google durante conferência para imprensa para anunciar o resultado.

Os pesquisadores veem como um passo promissor, mas ele também vem com algumas ressalvas – uma vez que o computador foi projetado para a tarefa de otimização específica para o qual foi testado.  Um problema de otimização é aquele onde há várias formas possíveis de chegar a um resultado desejado. O exemplo clássico é o vendedor viajante que precisa encontrar a rota mais eficiente para visitar um número de cidades. Quanto mais cidades são acrescentadas, maior o número de possíveis rotas e logo há muitas possibilidades para um computador convencional lidar em uma quantidade razoável de tempo.

Problemas similares existem em missões espaciais e no modelo de controle de tráfego aéreo – áreas que a Nasa devota significantes esforços em computação. O problema usado para testar o computador D-Wave tinha cerca de mil variáveis.

“A Nasa tem uma grande variedade de aplicações que não conseguem ser resolvidas em supercomputadores tradicionais em um prazo realista devido a sua complexidade exponencial, então sistemas que usam efeitos quânticos oferecem uma oportunidade de resolver tais problemas”, disse Rupak Biswas, diretor de exploração tecnológica no Nasa Ames.

Detalhes do teste foram publicados na última segunda-feira pelo Google em um artigo científico. A máquina no Ames Research Center da Nasa é uma das três que a D-Wave construiu. Outra se encontra no Los Alamos National Laboratory e a terceira é de propriedade da Lockheed Martin e usada pela University of Southern California.

Quando os primeiros resultados do computador D-Wave da Nasa foram publicados, houve um debate significativo sobre se a máquina estava superando os computadores convencionais. Já o trabalho de pesquisa do Google não foi revisado pelos seus pares, dessa forma cientistas ainda têm de pesar sobre os últimos resultados.

Otimização: Imagine que você está construindo ou reformando uma casa e tem uma lista de coisas que deseja ter na sua casa, mas você não pode pagar tudo na sua lista, porque você está limitado por um orçamento. O que você realmente deseja resolver é a combinação de itens que lhe proporcionam o melhor valor para seu dinheiro.

Este é um exemplo de um problema de otimização, onde você está tentando encontrar a melhor combinação de coisas com algumas restrições. Normalmente, estes são problemas muito difíceis de resolver devido ao grande número de possíveis combinações. Com apenas 270 opções diferentes já existem mais combinações possíveis do que átomos no universo!

Estes tipos de problemas de otimização existem em muitos domínios diferentes, como design de sistemas, planejamento de missão, agendamento de linhas aéreas, análise financeira, busca na web e radioterapia de câncer. São alguns dos problemas mais complexos do mundo, com benefícios potencialmente enormes para empresas, pessoas e ciência, se as soluções ideais forem facilmente computadas.

Otimização de radioterapia: Há muitos exemplos de problemas em que um computador quântico pode complementar um sistema HPC (computação de alto desempenho). Enquanto um computador quântico é adequado para a otimização discreta, o sistema HPC é muito melhor em simulações numéricas em grande escala. Problemas como otimizar a radioterapia do câncer, onde um paciente é tratado pela injeção de vários raios de radiação para o paciente que se intercepta no tumor, ilustra como os dois sistemas podem trabalhar juntos.iStock_000018619425Medium_EXPORT.jpg

O objetivo ao elaborar um plano de radiação é minimizar o dano colateral ao tecido circundante e às partes do corpo, um problema de otimização muito complicado com milhares de variáveis. Para chegar ao plano de radiação ideal requer muitas simulações até se determinar uma solução ótima. Com um computador quântico, o horizonte das possibilidades que podem ser consideradas entre cada simulação é muito mais amplo. Mas HPC ainda é a ferramenta de computação mais poderosa para executar simulações. O uso do computador quântico com um sistema HPC permitirá uma convergência mais rápida em um design ideal do que o alcançável usando o HPC sozinho.

Dobramento de proteínas: Simular o dobramento de proteínas pode levar a uma transformação radical da nossa compreensão de sistemas biológicos complexos e nossa capacidade de projetar novos e poderosos medicamentos. iStock_000030459090XLarge_EXPORT.jpg

Este aplicativo analisa como usar um computador quântico para explorar as possíveis configurações de dobradura dessas moléculas interessantes. Com um número astronômico de possíveis arranjos estruturais, o dobramento de proteína pode ser um problema computacional muito complexo. A pesquisa científica indica que a natureza otimiza as sequências de aminoácidos para criar a proteína mais estável, o que se correlaciona bem com a busca das soluções energéticas mais baixas. Com pesquisadores da Harvard, nós criamos um sistema para prever os padrões de dobramento para modelos de dobradura de proteína de rede e corretamente com pequenos problemas de dobragem de proteína em hardware.

Otimização da rede de água: Este é um exemplo de usar um computador quântico com um sistema convencional ou HPC. EPANET é um software numérico de domínio público que simula o movimento da água e a qualidade da água dentro das redes de tubulação pressurizada. Pode modelar o fluxo de água em cada tubo, a pressão em cada nó, a altura da água em cada tanque, o tipo de concentração química em toda a rede durante um período de simulação, idade da água, fonte e rastreamento. EPANET pode calcular propriedades de uma rede de água, tendo em vista escolhas discretas para o design da rede.iStock_000008945193Large_EXPORT.jpg

O computador quântico nos dá uma ferramenta para projetar a rede otimizada, penalizando os resultados indesejáveis ​​na rede, como a baixa pressão ou a presença de níveis de contaminantes químicos, ao mesmo tempo em que recompensa resultados desejáveis, como baixo custo, baixo risco, segurança, etc. A solução híbrida clássica rapidamente aborda as boas soluções, pedindo ao sistema convencional que avalie muito menos possibilidades.

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Fontes:

  • http://idgnow.com.br/internet/2017/01/25/d-wave-lanca-computador-quantico-de-2-mil-qubits-a-us-15-milhoes/
  • https://www.dwavesys.com/quantum-computing/applications
  • http://idgnow.com.br/ti-corporativa/2016/06/07/computacao-quantica-impactara-quase-todas-as-disciplinas-diz-ceo-da-d-wave/

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