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A loja de aplicativos quânticos está chegando

A computação quântica ainda é território de programadores especializados, mas é provável que esse cenário mude rapidamente

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Pesquisadores e entusiastas da computação quântica precisam saber programação quântica: é simplesmente uma obrigação. Em breve, entretanto, tudo que precisarão é de uma loja de aplicativos quânticos e uma linha de código. Não uma loja como a que você tem em seu smartphone, porém algo similar aos repositórios de códigos de hoje, como o GitHub — um tipo de biblioteca digital onde desenvolvedores de softwares disponibilizam para todos os códigos que escrevem. E no futuro próximo, desenvolvedores conseguirão escrever códigos para que os computadores quânticos realizem tarefas específicas que um computador comum não consegue.

Eu prevejo que computadores quânticos passarão pelas mesmas etapas de desenvolvimento que os computadores clássicos passaram nas últimas décadas — mas muito mais rápido, e ainda nessa mesma década. 

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Uma década atrás, havia apenas algumas dezenas de grupos de pesquisa que podiam codificar para processadores quânticos. Quando a IBM lançou sua plataforma online Experiência Quântica” em 2016, disponibilizando a todos acesso livre à processadores quânticos através de uma nuvem, esse número pulou  para alguns milhões em uma semana. Quatro anos depois, o número de programadores que fazem experimentos  com algoritmos quânticos — o que a comunidade chama de circuitos quânticos, as sequências de instruções que definem comandos para a manipulação de dados fazendo um computador quântico funcionar — está em centenas de milhares. Em breve, milhares de desenvolvedores de software populares começarão a se aproveitar desse esforço, e projetar uma quantidade inumerável de circuitos quânticos  que todos poderão utilizar. 

Essa evolução está em paralelo com os mesmos estágios de desenvolvimento que os computadores clássicos percorreram ao longo de  várias décadas — mas muito mais rápido, tudo ocorrendo apenas nesta década. Lembra-se  de Alan Turing? Ele desenvolveu sua teoria de software em 1936, dando  um salto na ciência da computação e na  engenharia de software. Mas quatro décadas depois, os comutadores tipo mainframe ainda eram utilizados apenas pelos indivíduos que  sabiam como escrever softwares. E nos anos de 1970, quando empresas como a IBM e a Apple começaram a construir e vender os primeiros computadores pessoais, sobrou para os entusiastas do software escreverem aplicativos que iriam funcionar neles.

Rapidamente o negócio do  software tomou à frente, e conforme os computadores pessoais se tornaram mais populares, os usuários puderam  reunir seu próprio estoque de softwares sem possuírem qualquer conhecimento profundo de computação. Nós observamos isso se repetir  com  a chegada dos dispositivos móveis  nos anos 2000s: rapidamente, pessoas sem experiência com programação começaram a criar aplicativos e montar Websites. Hoje, tudo que se precisa fazer  é colocar uma única linha de código em um modelo pré-definido de programa e, no pano de fundo, as engrenagens estão girando automaticamente. 

A mesma promessa vale para os computadores quânticos. Primeiro, programadores entusiasmados; depois, os desenvolvedores e por fim  repositórios de circuitos quânticos — ou talvez livrarias — com circuitos, tanto os de código aberto  quanto os protegidos por copyright, uma extensão natural do ecossistema de software de hoje. 

Esse é o próximo passo inevitável que as empresas e laboratórios universitários focaram nos últimos anos: construir qubits. Essas unidades básicas de informação quântica são análogas aos muito mais familiares bits, utilizado por computadores clássicos: dígitos binários simples que podem ter um valor entre 1 ou 0, verdadeiro ou falso. Já os  Qubits podem estar em uma sobreposição dos estados  0 e 1. Em nossa vida cotidiana, nós não vemos sobreposições acontecendo com objetos — apenas com ondas. Mas, no campo do muito pequeno, partículas podem estar em estados múltiplos ao mesmo tempo. Núcleos atômicos com duas orientações de spin podem fazer isso, fótons com duas direções de polarização — e, no caso de computadores quânticos da IBM, qubits, feitos de  correntes elétricas supercondutoras. 

Hoje, os qubits nãotêm uma performance boa o  suficiente para que computadores quânticos tenham um desempenho  melhor do que as máquinas clássicas em tarefas úteis. Mas os computadores quânticos estão melhorando rapidamente; nós estamos ficando muito bons em produzir qubits, e a teoria por trás do próximo passado é sólida. Nós estamos preparando um planejamento para produzir qubits  com muito pouco ruído, o que significa livrá-los o máximo possível  da influência de distúrbios externos. Qualquer ruído rompe o campo quântico, fazendo com que a frágil sobreposição  colapse no estado final do qubit, que é sempre 0 ou 1. Uma vez que tenhamos  qubits com pouco ruído em quantidade suficiente — algumas centenas — nós aplicaremos códigos especiais de correção de erro para corrigir ou mitigar os problemas remanescentes para, então, conseguirmos rodar circuitos quânticos mais complexos. 

No passado, quando a disponibilidade de apenas algumas dezenas de qubits nos limitava a circuitos de tamanho moderado, aficionados quânticos por todo o mundo já estavam ocupados criando códigos para funcionar em nossos computadores quânticos, utilizando a Experiência Quântica da IBM. Para criar seus circuitos, eles codificaram utilizando o  Qiskit, um kit de desenvolvimento de software aberto que introduzimos em 2017. Os usuários de Qiskit já projetaram bilhões e bilhões de circuitos quânticos. No início de maio, durante a conferência da IBM “Pensamento Digital”, aproximadamente 2000 pessoas de 45 países participaram de nosso Desafio Quântico e, utilizando 18 sistemas quânticos da IBM através da IBM Cloud, rodaram mais de um bilhão de circuitos por dia em hardwares quânticos reais. 

Hoje, esses entusiastas quânticos precisam  conhecer programação quântica, portões e circuitos. Se não souberem, não conseguem escrever códigos para um computador quântico, e não conseguem criar ou utilizar um circuito quântico. Mas isso é algo  temporário, pois estamos apenas  na alvorada  da era dos computadores quânticos. É só uma questão de tempo antes de os desenvolvedores começarem a projetar mais e mais circuitos para seus propósitos específicos, indo desde aprendizado de máquinas até otimização e cálculos científicos. Isso levará às livrarias de circuitos quânticos , das quais todos poderão se beneficiar.  Você apenas  terá de escrever uma linha de código, em qualquer linguagem de programação com que você já utilize, e o sistema irá associá-lo com o circuito da livraria e o computador quântico certos — aqueles com a configuração mais apropriada do chip, a maneira que os fios supercondutores são arranjados em conjunto  para se conectarem aos qubits

Uma computação quântica sem dificuldade. Uma linha de códigos é tudo de que você precisa para obter um resultado em sua máquina clássica através da nuvem — enquanto que, por trás do cenário, invisível ao usuário, o mistério quântico se desdobrará, com sobreposições, emaranhamento  e interferência. 

Se você me perguntar, o futuro está quase  aqui.

Dario Gil

 

Dario Gil é o diretor da IBM Research, um dos maiores e mais influentes laboratórios de pesquisa do mundo, com mais de 3 mil cientistas em 19 locais em seis continentes. Ele é o 12º diretor em seus 75 anos de história. Ele lidera os esforços de inovação na IBM e dirige estratégias de pesquisa em inteligência artificial, computação em nuvem, computação quântica e ciência exploratória. Ele é o fundador e copresidente do Consórcio de Computação de Alto Desempenho do Estudo COVID-19.

 

Publicado em 25/06/2020