Medindo o progresso em uma era de computaĆ§Ć£o quĆ¢ntica barulhenta

O conceito de "volume quĆ¢ntico" da IBM propƵe mover a mediĆ§Ć£o do progresso na computaĆ§Ć£o quĆ¢ntica alĆ©m de apenas contar qubits





A IBM cunhou o termo "volume quĆ¢ntico" para medir o progresso na computaĆ§Ć£o quĆ¢ntica enquanto a tecnologia quĆ¢ntica ainda estĆ” longe do ideal



Medir o progresso dos computadores quĆ¢nticos em uma era de computaĆ§Ć£o quĆ¢ntica "barulhenta" pode ser um desafio. Algumas empresas, notadamente IBM e Honeywell, optaram por avanƧos como "volume quĆ¢ntico". No entanto, nem todas as empresas e pesquisadores concordam com a utilidade dessa medida no mundo da computaĆ§Ć£o quĆ¢ntica.



Em um mundo ideal, os pesquisadores poderiam medir o progresso da computaĆ§Ć£o quĆ¢ntica com base no nĆŗmero de bits quĆ¢nticos (qubits) em cada um dos computadores. No entanto, o ruĆ­do do movimento tĆ©rmico ou de fontes eletromagnĆ©ticas constantemente ameaƧa interferir destrutivamente com os cĆ”lculos realizados por qubits frĆ”geis. Como resultado, Ć© muito difĆ­cil avaliar de forma confiĆ”vel as capacidades dos computadores quĆ¢nticos com base apenas no nĆŗmero total de qubits. Portanto, pesquisadores da IBM propuseram introduzir o conceito de volume quĆ¢ntico como uma medida mais confiĆ”vel aplicĆ”vel neste estĆ”gio de desenvolvimento da tecnologia ainda nĆ£o ideal de computaĆ§Ć£o quĆ¢ntica.



ā€œVocĆŖ pode pensar no volume quĆ¢ntico como o nĆŗmero mĆ©dio de circuitos em um computador quĆ¢ntico operando nas piores condiƧƵesā€, diz Jay Gambetta , cientista pesquisador e vice-presidente de computaĆ§Ć£o quĆ¢ntica da IBM. ā€œO resultado significa que, se essa condiĆ§Ć£o de 'pior caso' for possĆ­vel, o volume quĆ¢ntico serĆ” uma medida da qualidade dos circuitos. Quanto maior a qualidade, mais circuitos complexos podem funcionar em computadores quĆ¢nticos. "



Mais especificamente, a equipe da IBM define o volume quĆ¢ntico como dois Ć  potĆŖncia correspondente ao tamanho da maior cadeia com a mesma largura e profundidade, capaz de passar em certos testes de confiabilidade. Testes validam gateways de dois qubit aleatĆ³rios, diz Daniel Lidar, diretor do Centro de CiĆŖncia e Tecnologia da InformaĆ§Ć£o QuĆ¢ntica da University of Southern California em Los Angeles. O tamanho da cadeia Ć© determinado pela largura, com base no nĆŗmero de qubits, ou pela profundidade, com base no nĆŗmero de travas. Nesse caso, a largura e a profundidade sĆ£o quantitativamente iguais.



Isso significa que um sistema de computaĆ§Ć£o quĆ¢ntica de 6 qubits terĆ” um volume quĆ¢ntico igual a 2 elevado Ć  6ĀŖ potĆŖncia, ou 64 - mas apenas se seus qubits dependerem relativamente pouco de ruĆ­do, sem fornecer erros associados. Portanto, para determinar o volume quĆ¢ntico, a escolha de um teste de confiabilidade especĆ­fico Ć© importante.



Lidar, que nĆ£o estava envolvido no conceito de volume quĆ¢ntico, o considera uma medida Ćŗtil para os computadores quĆ¢nticos de hoje. Sua tecnologia Ć© chamada de Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ). ā€œEssa mĆ©trica descreve perfeitamente o desempenho dos computadores quĆ¢nticos na era NISQ. Esta era Ć© caracterizada pelo fato de que o ruĆ­do ainda Ć© um dos principais fatores que limitam a profundidade de circuitos de trabalho confiĆ”vel. "



Desde que a IBM comeƧou a usar ativamente o termo no final de 2019, o volume quĆ¢ntico jĆ” Ć© bastante comum em artigos de computaĆ§Ć£o quĆ¢ntica e comunicados Ć  imprensa da IBM e de outras empresas, em particular a Honeywell . PorĆ©m, pelo menos um diretor de empresa de tecnologia jĆ” expressou a ideia de que a utilidade do termo logo se esgotarĆ”.



Discutindo os Ćŗltimos desenvolvimentos no campo dos computadores quĆ¢nticos da IonQ em uma entrevista , Peter Chapman descreveu como a reduĆ§Ć£o de ruĆ­do poderia permitir um sistema de alta precisĆ£o de 32 qubit com um volume quĆ¢ntico da ordem de 4 milhƵes. Ele sugeriu que em apenas 18 meses, os valores do volume quĆ¢ntico aumentariam tanto que os pesquisadores terĆ£o que mudar a definiĆ§Ć£o para que continue Ćŗtil.



No entanto, Lidar nĆ£o concorda que o termo "volume quĆ¢ntico" irĆ” desaparecer rapidamente no esquecimento. Ele aponta para o fato de que o volume quĆ¢ntico crescerĆ” tĆ£o rapidamente apenas por causa da parte da definiĆ§Ć£o em que dois Ć© elevado Ć  potĆŖncia. Ele acrescentou que a IBM nem mesmo usou essa exponenciaĆ§Ć£o em seu primeiro trabalho.sobre este tema publicado em 2017. ā€œĆ‰ apenas uma falha na prĆ³pria definiĆ§Ć£oā€, diz Lidar.



Lidar afirma que a maneira mais fĆ”cil seria determinar o volume quĆ¢ntico de acordo com o maior nĆŗmero de qubits ou gateways, e nĆ£o usar exponenciaĆ§Ć£o.



Nem todo mundo considera o volume quĆ¢ntico um parĆ¢metro tĆ£o importante ou necessĆ”rio para avaliar o progresso da computaĆ§Ć£o quĆ¢ntica. NĆ£o estĆ” claro se o progresso dos computadores quĆ¢nticos deve ser reduzido a um Ćŗnico parĆ¢metro, diz Scott Aaronson , cientista da computaĆ§Ć£o e diretor do centro de informaƧƵes quĆ¢nticas da Universidade do Texas em Austin. Ele destacou essa e outras questƵes sobre o tema em seu artigo " Parafusar o volume quĆ¢ntico " [ volume - volume, bem como volume / aprox. trad. ]



ā€œEste Ć© apenas mais um possĆ­vel Ć­ndice generalizado do consumidor da frieza dos computadores quĆ¢nticos, entre as inĆŗmeras alternativasā€, diz Aaronson.



Do ponto de vista prĆ”tico, apenas os grandes players do setor como a IBM estĆ£o preocupados com o volume quĆ¢ntico. Ɖ o que diz Javad Shabani , professor associado de fĆ­sica e presidente do laboratĆ³rio Shabani da Universidade de Nova York. Ele e outros pesquisadores geralmente nĆ£o tĆŖm acesso a esses grandes sistemas quĆ¢nticos, mesmo que mais e mais empresas forneƧam acesso Ć  nuvem para esses sistemas para programadores.



Ainda assim, Shabani vĆŖ o volume quĆ¢ntico como um conceito Ćŗtil, que define de maneira mais significativa o progresso na computaĆ§Ć£o quĆ¢ntica do que simplesmente contar qubits. Ele, como Lidar, propƵe deixar o volume quĆ¢ntico nos negĆ³cios enquanto o ruĆ­do Ć© o fator limitante - seja nos prĆ³ximos cinco ou dez anos.



ā€œSe vocĆŖ puder criar um qubit lĆ³gico imune a ruĆ­dos, esse conceito de volume quĆ¢ntico desaparecerĆ” lentamente de forma naturalā€, diz Shabani.



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