São Paulo - D-Wave é o nome do primeiro computador quântico comercial criado nos Estados Unidos pela empresa D-Wave Systems. O Google, em associação com a NASA Ames Research Center e a USRA (Associação de Universidades com Pesquisas Espaciais), criou um laboratório de pesquisa chamado de Quantum AI Lab.

Eles compraram um computador quântico D-Wave de 512 qubits – por estimados 15 milhões de dólares - para pesquisar a solução de problemas complexos de inteligência artificial, os chamados problemas de otimização.

Mas por que o Google? E por que um computador quântico? Para responder estas questões precisamos entrar no cerne do problema. Forçando a abstração, um problema de otimização é uma forma de encontrar a melhor solução, tendo em vista todas as soluções possíveis.

Em menor escala, nos acostumamos a entender este tipo de problema como o máximo e mínimo de uma função. Por exemplo, no ciclo básico de educação aprendemos a resolver este tipo de problema em funções quadráticas. Um exemplo mais claro seria como encontrar o ponto máximo de um arremesso de um objeto. São poucas as variáveis.

Agora imagine isso em uma escala maior. Como encontrar a melhor forma de fazer uma viagem a um país estrangeiro. Incluindo nesta equação detalhes como: suas preferencias, traslados mais baratos, hotéis com melhor custo benefício, condições climáticas da data escolhida, indicações de locais de visitação, agenda de cursos etc.

Em suma, é um problema que exige um grande poder computacional, porque lida com uma grandiosa quantidade de informação. E vale lembrar o Google é a empresa que mais armazena informação. Um grande armazém de big data.

Os problemas podem escalar para serviços já prestados pelo Google. Imagine um reconhecimento de face beirando a perfeição, ou um reconhecimento de voz capaz de diferenciar timbres nos mínimos detalhes, mesmo parecidos para nossos ouvidos (algo que o Moto X ainda não é capaz).

Os avanços destes cálculos pode significar a relevância futura do Google como prestador de serviço. Para entender melhor, vale assistir o vídeo que o Google divulgou esta semana sobre as intenções do Google Quantum A.I. Lab, para o Imagine Science Films Festival:

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Computação quântica do D-Wave

Na computação tradicional a unidade básica é o bit. Ele assume dois estados possíveis: o estado 0 ou o estado 1. Por isso dizemos que o sistema é binário. Na computação quântica o quantum bit (qubit) é a unidade lógica básica e ela assume os dois estados ao mesmo tempo, isto é pode ser 0 e 1 ao mesmo tempo, usando efeitos da mecânica quântica.

O processador, além de lidar com estruturas de processamento do qubit, tem unidades chamadas de acopladores (couplers). Elas são responsáveis pelo agrupamento de dois qubits com o mesmo estado. Por exemplo, em grupos de mesmo estado (0,0 e 1,1) e grupos de estados distintos (1,0 e 0,1). Além dos estados duplos, este mecanismo de agrupamento torna o processamento mais eficiente e confiável.

Em torno destas duas formas de processamento está a memória magnética programável. Ela é na verdade um circuito periférico com conversores analógico digital e um barramento. É basicamente a interface de conversão da computação tradicional para a quântica. Ela pode ser programada para resolver problemas específicos, como os que mencionamos.

resfriar
Vale mencionar que o processador é feito de um material supercondutor. Esta propriedade física do material significa que são capazes de conduzir a corrente elétrica sem resistência e perdas.

Mas para que isto ocorra a temperatura tem que ser extremamente baixa, próximo ao zero absoluto. E o D-Wave tem um sistema de resfriamento (foto) por nitrogênio líquido que deixa o processador em cerca de 20 milikelvin (mK).

Para entender a magnitude desta forma de computação, basta saber que os processadores da D-Wave Systems estão evoluindo em uma velocidade que supera a lei de Moore. Veja o vídeo que demonstra o crescimento exponencial desta tecnologia até o processador de 512 qubits, codinome Vesuvius.

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