Processador quântico IBM Nighthawk r2 realiza amostragem de circuitos aleatórios, gerando 1 milhão de amostras em 19 segundos, enquanto supercomputadores levariam 110 anos.

De acordo com relatos da mídia, a equipa de investigação Blue Qubit dos Estados Unidos utilizou o mais recente processador quântico Nighthawk r2 da IBM para realizar um experimento de amostragem de circuitos aleatórios, gerando 1 milhão de amostras em apenas 19 segundos. A equipa de investigação estimou que, se fosse utilizada uma abordagem de computação clássica para realizar uma tarefa de igual escala no supercomputador Frontier, seriam necessários cerca de 110 anos. O processador quântico supercondutor IBM Nighthawk r2 utilizado neste experimento possui 120 qubits programáveis, e a equipa selecionou efetivamente 61 qubits, executando o experimento no ambiente de execução padrão da nuvem da IBM, sem realizar calibrações ou ajustes especiais adicionais.

O experimento utilizou a “amostragem de circuitos aleatórios” (RCS), que não é uma tarefa de aplicação prática como o desenvolvimento de medicamentos ou simulação de materiais, mas sim um teste de referência para comparar a capacidade de computação quântica com a computação clássica. Os investigadores aumentaram continuamente a complexidade do circuito quântico, e no teste crítico de 36 ciclos, o circuito continha 918 portas de qubits duplos. O Nighthawk r2 completou 1 milhão de amostras em 19 segundos de tempo de execução do QPU, obtendo 1 milhão de resultados compostos por 0 e 1.

A computação quântica demonstra uma vantagem computacional significativa

A equipa de investigação utilizou posteriormente o método de “contração de redes tensorais” para estimar a quantidade de cálculos necessários para um computador clássico realizar uma tarefa semelhante. Os resultados mostraram que, dado um nível de fidelidade e um modelo de amostragem, gerar 1 milhão de conjuntos de amostras de igual escala requereria aproximadamente 1.2 × 10²⁷ operações de máquina, e, com base no desempenho contínuo do supercomputador Frontier, estima-se que isso levaria cerca de 110 anos.

Este resultado foi denominado pela equipa de investigação como uma demonstração de “vantagem quântica”, sendo notável por utilizar um processador quântico comercial acessível através da plataforma em nuvem da IBM, em vez de um equipamento especializado que só pode operar em ambiente de laboratório. Os investigadores também tornaram públicos os circuitos relevantes, amostras do experimento e o código de análise, permitindo que outros investigadores reproduzissem o experimento utilizando o mesmo processador em nuvem da IBM.

No entanto, “19 segundos em comparação com 110 anos” não significa que os computadores quânticos já superaram os supercomputadores tradicionais em todas as tarefas. Os 19 segundos referem-se ao tempo real de execução da tarefa central de amostragem pelo processador quântico, enquanto os 110 anos são uma estimativa baseada em algoritmos clássicos específicos, suposições de cálculo e o desempenho do Frontier, e não representam o tempo real medido para o Frontier executar a mesma tarefa.