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A computação quântica é o futuro, mas não vamos comprar computadores quânticos

Talia Gershon veio a Lisboa dar a conhecer as novidades quânticas da IBM

Diana Tinoco

Parece um candelabro, mas é apenas a parte de um computador de uma família tecnológica que promete tornar-se a mais potente de todas. Talia Gershon explica tudo o que precisamos de saber sobre computadores quânticos e qubits

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Preparado para uma coisa e também para o seu contrário? Em caso afirmativo, prossiga viagem pelo admirável mundo da computação quântica – a geração de computadores que em vez de “zeros” e “uns” propõe o uso de “uns” que também são “zeros” e, assim, poderá exponenciar a capacidade de cálculo dos computadores. É o advento desta nova geração de computadores que Talia Gershon, investigadora com mais de 30 patentes registadas e gestora de Experiências de Tecnologia Emergente da IBM, veio dar a conhecer na Web Summit.

A computação quântica ainda é uma terra de ninguém… Será que foi isso que levou a IBM a apostar neste segmento?

A IBM tem uma longa história de inovação. A computação quântica é algo em que temos estado envolvidos desde os anos 1970, com Charles Bennett, um dos pioneiros nesta área. Estamos realmente em boa posição para moldar o futuro nesta área e para perceber que tipo de máquinas podem ser criadas para erguer este novo segmento.

Será que toda a indústria de informática está a trabalhar na computação informática?

Há um grande entusiasmo em torno daquilo que pode ser feito com esta tecnologia. Estamos a descobrir as primeiras aplicações em que a computação quântica pode ter impacto, mas acho que vão ser descobrir muitas mais ao longo dos próximos anos, à medida de que este campo vai ficando mais maduro. Acho que há vários intervenientes que estão entusiasmados com o potencial desta tecnologia.

E todos os nossos computadores do futuro vão ser quânticos?

Não. Os computadores clássicos já fazem bem muita coisa. Os computadores quânticos serão usados para resolver problemas que ainda não têm solução. Há problemas na Química, relacionados com a simulação da ligação entre moléculas ou da simulação da mecânica quântica que são muito difíceis de resolver nos computadores clássicos. Talvez até se consiga resolver parte deste tipo de problemas, mas à medida que começamos escalá-los as máquinas de hoje acabam por “rebentar”. Há problemas de aprendizagem de máquina (machine learning), por exemplo: há treinos de (sistemas) de inteligência artificial que podem demorar semanas. Mas com um computador de computação quântica podemos acelerar o treino dos sistemas de inteligência artificial.

Os computadores quânticos podem tornar-se tutores dos computadores convencionais?Veja isto como uma nova plataforma de computação, que expande as capacidades dos humanos. Se um computador hoje consegue resolver um tipo de problemas, um computador do futuro acabará por resolver outros tipos de problemas bem maiores. Os computadores quânticos vão ser usados em parceria com as máquinas clássicas. Não prevemos que os computadores quânticos substituam os computadores clássicos, com cada tipo de máquina a resolver diferentes tipos de problemas.

O componente em formato de candelabro que a IBM mostrou na Web Summit

O componente em formato de candelabro que a IBM mostrou na Web Summit

Diana Tinoco

Já existem fábricas para produzir maiores quantidades de computadores quânticos? Ou será que estes computadores são todos fabricados em laboratórios?

Os computadores quânticos têm vários componentes. Por exemplo, já há fornecedores para o refrigerador por diluição, que arrefece o processador até 15 milikelvin (próximo da temperatura de zero absoluto, que está fixada em 273,15 graus celsius). A razão por que temos de garantir temperaturas tão baixas prende-se com a necessidade de proteger a informação quântica dos ruídos, impactos e outros fatores do meio exterior envolvente. Mas há muitos outros componentes que estão a ser desenvolvidos à medida que vamos avançando. Estamos continuamente a aperfeiçoar a tecnologia de qubits (os bits quânticos)… para termos cada vez melhores qubits. As componentes eletrónicas… estamos a tentar encontrar forma de as tornar mais pequenas, para que possamos ter sistemas que ocupem menos espaço. Há tanta inovação a acontecer, que precisamos de criar protótipos rapidamente para que possamos fazer progressos antes de entrarmos em fase de fabrico destes sistemas.

Portanto, o formato de “candelabro”, que a IBM expôs na Web Summit, vai acabar por dar lugar à típica caixa retangular dos servidores da atualidade!

Aquele “candelabro” de que está a falar é apenas o refrigerador por diluição, que serve apenas para refrigerar o chip e para conectar com a restante eletrónica. Acreditamos que um único desses “candelabros” vai acabar por resolver problemas que os grandes supercomputadores não vão poder resolver. Se reparar bem, o objetivo não é tanto fazer com que os computadores quânticos se pareçam com os servidores tradicionais, mas antes encontrar forma de os tornar úteis e práticos.

Pela descrição parece mais uma coisa de ciência e não tanto um produto comercial…

Temos um conjunto de parceiros com quem temos trabalhado que nos vão ajudar a descobrir umas quantas aplicações em que os computadores quânticos podem revelar-se vantajosos a resolver alguns problemas. Temos parcerias como a JP Morgan; temos parcerias com a Daimler e a Samsung, e outras instituições, tanto académicas como comercial.

Não intenção de criar uma solução comercial como os System P ou System Z, da IBM nos tempos mais próximos?

Um dia há de ser assim, mas estamos numa fase de demonstração de máquinas quânticas que permitem resolver problemas que outras não conseguem de nenhuma outra maneira. O nosso primeiro objetivo é esse: descobrir as primeiras aplicações em que a computação quântica pode funcionar; e só depois expandir o tipo de coisas que podemos fazer com estes sistemas. E só depois poderemos preocupar-nos em escalar estas soluções.

Presumo que o número de coisas que se sabe que os vossos computadores quânticos conseguem fazer seja ainda bastante menor que o número de coisas que não se sabe ainda que poderão vir a fazer…

Pense assim: em 2016 demonstrámos pela primeira vez que é possível pegar num computador quântico e ligá-lo à cloud, para poder ser usado para diferentes experiências. Isso foi apenas há dois anos. É nesse ponto em que nos encontramos – estamos numa fase muito entusiasmante, porque o progresso está acelerar, mas ainda temos de encontrar formas de desenvolver aplicações para a computação quântica.

Quais as diferenças entre os computadores quânticos da D-Wave e da IBM?

Se pensarmos em máquinas quânticas, sabemos que existem os sistemas de “recozimento” (tradução possível de quantum annealers), que usam uma tecnologia específica, que não é universal – mas a tecnologia que nós andamos a desenvolver pretende ser universal. D-Wave e IBM têm tecnologias diferentes. Nós estamos a trabalhar em computadores universais tolerantes às falhas…

… E a IBM está a tentar criar um standard para a computação quântica mundial?

Não é tanto uma questão de criar standards, mas sim de liderar o desenvolvimento da tecnologia. Seguindo por este caminho vamos ter, em breve, um computador quântico universal que é tolerante a falhas. O nosso objetivo é liderar a tecnologia da computação quântica, tanto do ponto de vista do software como do hardware, áreas em que pode ser aplicada a tecnologia.

Pode ser um sinal de inteligência limitada, mas continuo sem perceber a diferença entre computadores quânticos universais tolerantes a falhas e computadores quânticos que recorrem ao recozimento…

Há uma diferença quanto ao leque de problemas que cada tecnologia pode resolver. Os computadores quânticos de recozimento resolvem apenas uma parte dos problemas que vamos poder resolver com os computadores universais. Grande parte do entusiasmo com os computadores quânticos está relacionada com a possibilidade de resolver problemas de química e de outras áreas, mas para resolver esses problemas é necessário desenvolver computadores quânticos universais. Tanto o software como o harware são diferentes. São abordagens diferentes…

Usam CPU diferentes?

Estas tecnologias são diferentes. É como perguntar pelas diferenças entre chips FPGA (Field Programmable Gate Array, que podem ser programados para diferentes funções) e chips ASIC (de Application Specific Integrated Circuit, que são produzidos para executar apenas determinada função). Podemos ter um FPGA que permite programar as diferentes gates (dos transístores); ou podemos ter um ASIC que foi feito à medida para uma determinada aplicação. Os dois chips podem fazer coisas diferentes. Não é uma analogia perfeita, mas é uma analogia possível.

A forma como o software é desenvolvido para computadores quânticos também muda!

Tal como nos computadores convencionais, há várias camadas de software… se percorrermos todas essas camadas até chegarmos ao nível dos processos, chegamos aos códigos Assembly. Há camadas de software em cima dessa Assembly, que permitem programar em diferentes códigos e que traduzem (os processos ou comandos) para Assembly. Podemos fazer uma analogia para a computação quântica: tem de haver uma linguagem Assembly para a computação quântica. Já criámos uma linguagem Assembly para a quântica, que se chama QASM, e onde se determina as diferentes operações ao nível das gates (dos transístores). Mas depois temos várias camadas de software… e nós podemos querer juntá-las todas, ou podemos correr uma experiência que será mapeada automaticamente no hardware. E depois podemos aplicar várias camadas de software… podemos pré-empacotar alguns algoritmos que podem ser ativados, sem que seja necessário indicar cada uma das gates. Estamos a construir toda esse software… temos o QISKIT, que é o plano de programação (framework) mais adotado para a programação em computação gráfica. Criámos este projeto em software aberto, para que as pessoas possam usar, contribuir… e hoje é o framework mais usado (na computação quântica).

Desta vez, a IBM não pretende deixar a Microsoft ficar dona e senhora dos sistemas operativos!

Eles (Microsoft) têm um projeto conhecido como Q#, que corresponde a uma abordagem diferente… mas o QISKIT é o framework mais usado. E isso deve-se ao facto de ser o plano de programação de estar ligado diretamente ao hardware. Qualquer pessoa pode usar o QISKIT. Basta ir ao GitHub procurar por QISKIT e solicitar o acesso ao hardware, e em poucos cliques é dado o acesso a um computador quântico… ou melhor a alguns computadores quânticos. E é possível programar algumas linhas de códigos em QISKIT e correr algumas experiências para computadores quânticos. É muito fixe!

Já há um sistema operativo para computadores quânticos?

Na verdade, é mais ou menos o que o QISKIT faz. É possível escrever códigos com QISKIT que correm em computadores quânticos.

A pergunta óbvia: quando é se vai tornar vulgar ver computadores quânticos à venda nas lojas?

Não me parece que o modelo de negócio vá passar por comprar um computador quântico e instalá-lo no escritório. O modelo vai passar pelo acesso através da cloud. As empresas não vão querer manter toda refrigeração e microeletrónica… mas o acesso à cloud é uma coisa que os nossos clientes já fazer. Um consumidor não vai comprar um computador quântico, e uma empresa que queira usar estas soluções já pode ter acesso a esta tecnologia avançada. Temos sistemas que são disponibilizados gratuitamente e outro conjunto de sistemas ainda mais avançados que disponibilizamos nas nossas redes de clientes. Já é possível ter acesso a estes dois serviços. Um consumidor, eventualmente, poderá vir a usar uma aplicação que recorre à computação quântica – sem que o consumidor saiba.

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