O que é computação quântica?

O campo da computação quântica abrange diversas disciplinas, entre elas o hardware quântico e os algoritmos quânticos. Embora ainda esteja em desenvolvimento, a tecnologia quântica logo será capaz de resolver problemas complexos que os supercomputadores clássicos não conseguem resolver (ou não resolvem com rapidez suficiente).

Ao aproveitar a física quântica, computadores quânticos de grande escala conseguiriam enfrentar certos problemas complexos muitas vezes mais rápido do que as máquinas clássicas modernas.Os computadores quânticos têm potencial para resolver em minutos ou horas certos problemas que, de outra forma, máquinas convencionais levariam milênios para concluir.

A mecânica quântica, o estudo da física em pequenas escalas, revela princípios naturais fundamentais e surpreendentes. Os computadores quânticos aproveitam especificamente esses fenômenos para acessar métodos matemáticos de resolução de problemas que a computação clássica, sozinha, não alcança.

Na prática, espera-se que os computadores quânticos sejam amplamente úteis para dois tipos de tarefas: modelar o comportamento de sistemas físicos e identificar padrões e estruturas nas informações.

A mecânica quântica é um pouco como o sistema operacional do universo. Um computador que utiliza princípios quânticos para processar informações tem certas vantagens na modelagem de sistemas físicos. Portanto a computação quântica é de particular interesse para aplicações em química e ciência de materiais. Por exemplo, os computadores quânticos podem ajudar pesquisadores que buscam moléculas úteis para aplicação farmacêutica ou de engenharia a identificar candidatos de forma mais rápida e eficiente.

Os computadores quânticos também podem processar dados com técnicas matemáticas inacessíveis aos computadores clássicos. Isso significa que eles conseguem dar estrutura aos dados e ajudar a descobrir padrões que os algoritmos clássicos, sozinhos, poderiam deixar passar. Na prática, essa capacidade pode ser útil para aplicações que vão da biologia (por exemplo, o dobramento de proteínas) às finanças.

Hoje, boa parte do trabalho de pesquisa em computação quântica consiste em buscar algoritmos e aplicações dentro dessas amplas categorias de uso previsto.Paralelamente a essa busca, dedica-se um esforço significativo a criar a própria tecnologia.

Instituições de destaque como IBM, Amazon, Microsoft e Google, junto com startups como Rigetti e IonQ, continuam a investir maciçamente nessa tecnologia empolgante. Por isso, estima-se que a computação quântica se torne um setor de USD 1,3 trilhão até 2035.

Ao falar de computadores quânticos, é importante entender que, nas menores escalas, o universo se comporta de forma diferente do que estamos habituados a ver no dia a dia. Em comparação com o que aprendemos na física do ensino fundamental, os comportamentos dos objetos quânticos costumam ser estranhos e contraintuitivos.

A descrição do comportamento de partículas quânticas apresenta um desafio único. A maioria dos paradigmas que são senso comum para o mundo natural carece de vocabulário para comunicar os comportamentos surpreendentes das partículas quânticas. Mas a mecânica quântica revela como o universo realmente funciona. Os computadores quânticos utilizam a mecânica quântica substituindo circuitos de bits binários tradicionais por partículas quânticas chamadas bits quânticos, ou qubits. Essas partículas se comportam de maneira diferente dos bits, apresentando propriedades únicas que podem ser descritas somente pela mecânica quântica.

Para entender a computação quântica é importante entender quatro princípios principais da mecânica quântica:

• Superposição
• Emaranhamento
• Decoerência
• Interferência

Um qubit, por si só, não é útil. Mas ele pode colocar a informação quântica que carrega em um estado de superposição, que representa uma combinação de todas as configurações possíveis do qubit. Conjuntos de qubits em superposição podem criar espaços computacionais complexos e multidimensionais. Nesses espaços, problemas complexos podem ser representados de novas maneiras.

Quando um sistema quântico é medido, seu estado colapsa de uma superposição de possibilidades para um estado binário, que pode ser registrado como código binário: zero ou um.

Emaranhamento é a capacidade dos qubits de correlacionar seu estado com o de outros qubits. Os sistemas emaranhados estão tão intrinsecamente ligados que, quando os processadores quânticos medem um único qubit emaranhado, conseguem determinar imediatamente as informações sobre outros qubits no sistema emaranhado.

A interferência é o motor da computação quântica. Quando os qubits são colocados em um estado de superposição coletiva, eles estruturam a informação de um modo que lembra ondas, com amplitudes associadas a cada resultado.

Essas amplitudes tornam-se as probabilidades dos resultados de uma medição do sistema. Essas ondas podem se acumular umas sobre as outras quando muitas delas atingem o pico em um determinado resultado ou se anulam quando os altos e baixos interagem. Amplificar uma probabilidade ou cancelar outras são formas de interferência.

Decoerência é o processo no qual um sistema em um estado quântico colapsa para um estado não quântico. Pode ser acionado intencionalmente, pela medição de um sistema quântico ou por outros fatores ambientais (às vezes esses fatores o acionam inadvertidamente). De um modo geral, a computação quântica exige que se evite e minimize a decoerência.

Para entender melhor a computação quântica, considere que duas ideias surpreendentes são verdadeiras ao mesmo tempo. A primeira é que objetos que, quando medidos, apresentam estados definidos, qubits em superposição com amplitudes de probabilidade definidas, se comportam de forma aleatória. A segunda é que objetos distantes, neste caso, qubits emaranhados, ainda podem se comportar de maneiras que, embora individualmente aleatórias, são fortemente correlacionadas.

Um cálculo em um computador quântico funciona preparando uma superposição de estados computacionais. Um circuito quântico preparado pelo usuário, utiliza operaçōes para emaranhar qubits e gerar padrões de interferência, conforme governados por um algoritmo quântico. Muitos resultados possíveis são cancelados por meio de interferência, enquanto outros são amplificados. Os resultados amplificados são as soluções do cálculo.

A principal diferença entre computadores clássicos e quânticos é que os computadores quânticos usam qubits em vez de bits. Embora a computação quântica use código binário, os qubits processam informações de maneira diferente dos computadores clássicos. Mas o que são qubits e de onde eles vêm?

Enquanto os computadores clássicos dependem de bits (zeros e uns) para armazenar e processar dados, os computadores quânticos processam dados de outra forma, usando bits quânticos (qubits) em superposição.

Um qubit pode funcionar como um bit, armazenando zero ou um, mas também pode existir como uma combinação ponderada dos dois simultaneamente. Quando os qubits são combinados, suas superposições podem crescer exponencialmente em complexidade.

Por exemplo, dois qubits podem existir em uma superposição das quatro cadeias de 2 bits possíveis. Da mesma forma, três qubits podem estar em uma superposição das oito cadeias de 3 bits possíveis, e o padrão continua à medida que mais qubits são adicionados. Com 100 qubits, o leque de possibilidades é astronômico.

Os algoritmos quânticos funcionam manipulando informações de uma maneira inacessível aos computadores clássicos, o que pode oferecer acelerações drásticas para determinados problemas – especialmente quando computadores quânticos e supercomputadores clássicos de alto desempenho trabalham juntos.

Em geral, os qubits são criados por meio da manipulação e medição de sistemas que apresentam comportamento quântico, como circuitos supercondutores, fótons, elétrons, íons aprisionados e átomos.

Hoje, os qubits para computação quântica podem ser criados de muitas maneiras diferentes, cada uma mais adequada a determinados tipos de tarefa.

Alguns dos tipos mais comuns de qubits em uso são os seguintes:

• Qubits supercondutores: feitos de materiais supercondutores que operam em baixas temperaturas, esses qubits são preferidos pela velocidade com que realizam cálculos e pelo controle refinado.
• Qubits de íons aprisionados: partículas de íons aprisionados também podem ser usadas como qubits e se destacam pelos longos tempos de coerência e pelas medições de alta fidelidade, mas operam em um ritmo mais lento do que os qubits supercondutores.
• Pontos quânticos: pontos quânticos são pequenos semicondutores que capturam um único elétron e o utilizam como um qubit, oferecendo um potencial promissor de escalabilidade e compatibilidade com a tecnologia de semicondutores já existente.
• Fótons: fótons são partículas de luz individuais. Podem ser usados para criar qubits e enviar informações quânticas a longas distâncias através de cabos de fibra óptica. Eles estão sendo utilizados em comunicação quântica e criptografia quântica.

Os computadores que utiliza bits quânticos têm certas vantagens em relação aos computadores que usam bits clássicos. Como os qubits podem manter uma superposição e exibir interferência, um computador quântico que usa qubits aborda os problemas de maneiras diferentes dos computadores clássicos.

Como uma analogia útil para entender como os computadores quânticos usam qubits para resolver problemas complicados, imagine que você está no centro de um labirinto complicado. Para escapar do labirinto, uma abordagem de computação clássica tradicional seria fazer "força bruta" no problema, tentando todas as combinações possíveis de caminhos para encontrar a saída. Esse tipo de computador usaria bits para explorar novos caminhos e lembrar quais deles são becos sem saída.

Um computador quântico pode derivar o caminho correto sem precisar testar todos os caminhos ruins, como se tivesse uma visão aérea do labirinto. No entanto, os qubits não testam vários caminhos ao mesmo tempo. Em vez disso, os computadores quânticos medem as amplitudes de probabilidade dos qubits para determinar um resultado.

Essas amplitudes funcionam como ondas, sobrepondo-se e interferindo umas nas outras. Quando ondas assíncronas se sobrepõem, isso efetivamente elimina possíveis soluções para problemas complexos, e a onda ou as ondas coerentes realizadas apresentam uma solução correta.

Um processador quântico da IBM é um wafer não muito maior que os chips de silício de um laptop.Os sistemas modernos de hardware quântico usam temperaturas ultrafrias para manter os instrumentos estáveis. Componentes eletrônicos adicionais, em temperatura ambiente, controlam o sistema e processam os dados quânticos. Juntos, esses elementos formam um conjunto com o tamanho aproximado de um carro médio.

A grande pegada de carbono de um sistema de hardware quântico completo faz com que a maioria dos computadores quânticos não seja portátil. Ainda assim, pesquisadores e cientistas da computação podem acessar recursos remotos de computação quântica por meio da computação em nuvem.

Embora a grande pegada de carbono de um sistema de hardware quântico completo faça com que a maioria dos computadores quânticos não seja portátil, essa restrição não limita pesquisadores e cientistas da computação. Eles ainda podem acessar recursos remotos de computação quântica por meio da computação em nuvem.Os principais componentes de hardware de um computador quântico são os seguintes.

Compostos por qubits dispostos em várias configurações para permitir a comunicação, os chips quânticos, também conhecidos como o plano de dados quânticos, atuam como o cérebro do computador quântico.

Como o componente central em um computador quântico, um processador quântico contém os qubits físicos do sistema e as estruturas necessárias para mantê-los no lugar. As unidades de processamento quântico (QPUs) são o chip quântico, os circuitos eletrônicos de controle e o hardware de computação clássico necessário para a entrada e a saída.

Seu computador desktop provavelmente usa um ventilador para ficar frio o suficiente e conseguir funcionar. Os processadores quânticos precisam estar frios (aproximadamente cem vezes mais frios do que um grau acima do zero absoluto) para minimizar o ruído e evitar a decoerência, de modo a preservar seus estados quânticos. Essa temperatura ultrabaixa é obtida com superfluidos super-resfriados. Nessas temperaturas, certos materiais apresentam um importante efeito da mecânica quântica: os elétrons se movem por eles sem resistência. Esse efeito os torna supercondutores.

Quando os materiais tornam-se supercondutores, seus elétrons se combinam, formando pares de Cooper. Esses pares podem carregar uma carga através de barreiras, ou isolantes, por meio de um processo conhecido como tunelamento quântico. Dois supercondutores colocados em ambos os lados de um isolador formam uma junção de Josephson, uma peça fundamental do hardware de computação quântica.

Os computadores quânticos utilizam circuitos com capacitores e junções Josephson como qubits supercondutores. Disparando fótons de micro-ondas nesses qubits, podemos controlar seu comportamento e fazê-los reter, alterar e ler unidades individuais de informação quântica.

Pesquisas continuam aprimorando os componentes quânticos de hardware, mas isso é apenas uma metade da equação. O ponto crucial da descoberta da vantagem quântica será um stack estável e de alto desempenho para possibilitar a próxima geração de algoritmos quânticos.

Em 2024, a IBM introduziu a primeira versão estável do kit de desenvolvimento de software (SDK) de código aberto Qiskit , o Qiskit SDK 1.x. Com mais de 600 mil usuários registrados e 700 universidades globais que o utilizam para desenvolver aulas de computação quântica, o Qiskit tornou-se o stack de software preferido para computação quântica.

Mas o Qiskit é mais do que apenas o software de desenvolvimento quântico mais popular do mundo para criar e construir circuitos quânticos.Estamos redefinindo o Qiskit como o software full-stack para quântica na IBM. Essa redefinição envolve estender o Qiskit SDK com software e serviços de middleware para escrever, otimizar e executar programas nos sistemas IBM Quantum, incluindo novas ferramentas de assistência à programação com IA generativa.

A computação quântica se baseia nos princípios da mecânica quântica, que descrevem como os objetos pequenos se comportam de maneira diferente dos objetos grandes. Mas, como a mecânica quântica define as leis fundamentais de todo o nosso universo, em pequena escala todo sistema é um sistema quântico.

Por esse motivo, podemos dizer que, embora os computadores convencionais também sejam construídos sobre sistemas quânticos, eles não conseguem aproveitar ao máximo as propriedades quânticas-mecânicas durante seus cálculos. Espera-se que os computadores quânticos aproveitem melhor a mecânica quântica para efetuar cálculos que nem mesmo os computadores de alto desempenho conseguem fazer.

Desde os antigos somadores de cartões perfurados até os modernos supercomputadores, os computadores tradicionais (ou clássicos) funcionam basicamente da mesma maneira. Essas máquinas geralmente realizam cálculos sequencialmente, armazenando dados por meio de bits binários de informação. Cada bit representa um 0 ou 1.

Quando combinado em código binário e manipulado por meio de operações lógicas, podemos usar computadores para criar tudo, desde sistemas operacionais simples até os cálculos de supercomputação mais avançados.

Os computadores quânticos, assim como os computadores clássicos, são máquinas de resolver problemas. Mas, em vez de bits, a computação quântica usa qubits. Os qubits processam dados como os bits tradicionais; no entanto, ao aproveitar fenômenos quânticos, eles têm acesso a uma matemática mais complexa, voltada a um tipo diferente de computação. Esse princípio decorre de conceitos da mecânica quântica conhecidos como superposição e interferência, discutidos anteriormente.

• Utilizada por computadores e dispositivos comuns e multifuncionais.
• Processa informações em bits com um número discreto de estados possíveis: 0 ou 1.

• Usado por hardware de computação quântica especializado baseado na mecânica quântica.
• Processa informações em qubits como 0, 1 ou uma superposição de 0 e 1.
• Processa dados com lógica quântica usando interferência para resolver problemas.

Os processadores quânticos não executam equações matemáticas da mesma maneira que os computadores clássicos. Diferentemente dos computadores clássicos que precisam computar cada etapa de um cálculo complexo, os circuitos quânticos feitos de qubits lógicos são capazes de processar problemas complexos de forma mais eficiente.

Enquanto os computadores tradicionais geralmente apresentam respostas singulares, as máquinas quânticas probabilísticas geralmente apresentam intervalos de respostas possíveis. Esse intervalo pode fazer com que a computação quântica pareça menos precisa do que a computação tradicional. No entanto, para os tipos de problemas incrivelmente complexos que os computadores quânticos poderão resolver em breve, essa forma de computação pode possivelmente economizar centenas de milhares de anos da computação tradicional.

Na prática, os computadores quânticos e os computadores clássicos trabalham juntos em fluxos de trabalho combinados para resolver problemas. Os métodos mais eficientes atribuem aos recursos quânticos as partes de uma computação em que os computadores quânticos se saem melhor, e aos recursos de computação clássica as partes em que os computadores clássicos se saem melhor.

Computadores quânticos totalmente realizados, trabalhando com computadores clássicos de alto desempenho, seriam muito superiores aos computadores clássicos sozinhos para determinados tipos de problemas, como a fatoração de números inteiros. Porém, a computação quântica não é ideal para todos os problemas (nem para a maioria deles).

Para a maioria dos tipos de tarefas e problemas, espera-se que os computadores clássicos continuem sendo a melhor solução. Mas, quando cientistas e engenheiros se deparam com determinados problemas altamente complexos, a computação quântica entra em cena. Para esse tipo de cálculo difícil, até os supercomputadores clássicos mais potentes ficam muito aquém da computação quântica. Mesmo os supercomputadores clássicos mais potentes são máquinas baseadas em código binário e dependentes de tecnologia do século XX.

Problemas complexos são problemas com muitas variáveis que interagem de maneiras complicadas. Por exemplo, modelar o comportamento de átomos individuais em uma molécula é um problema complexo devido a todas as diversas interações entre os elétrons. A identificação de nova física em um supercolisor também é um problema complexo. Há alguns problemas complexos que não sabemos como resolver com computadores clássicos em qualquer escala prática.

Um computador clássico pode ser excelente em tarefas difíceis, como classificar um grande banco de dados de moléculas. Mas ele tem dificuldades para resolver problemas mais complexos, como simular o comportamento dessas moléculas.

Hoje, se os cientistas querem saber como uma molécula se comporta, precisam sintetizá-la e fazer experimentos com ela no mundo real. Se quiserem saber como um pequeno ajuste afetaria seu comportamento, geralmente precisam sintetizar a nova versão e refazer todo o experimento. Esse é um processo caro e demorado, que dificulta o avanço em áreas tão diversas quanto a medicina e o projeto de semicondutores.

Um supercomputador clássico pode tentar simular o comportamento molecular com força bruta usando seus muitos processadores para explorar todas as maneiras possíveis de se comportar de cada parte da molécula. Mas quando passa pelas moléculas mais simples e diretas disponíveis, o supercomputador para. Nenhum computador clássico é capaz de lidar com todas as permutações possíveis do comportamento molecular empregando qualquer método conhecido.

Os algoritmos quânticos abordam esse tipo de problema complexo de uma nova forma, criando espaços computacionais multidimensionais para executar algoritmos que se comportam de modo muito semelhante às próprias moléculas. Essa abordagem se mostra muito mais eficiente para resolver problemas complexos, como as simulações químicas.

Uma forma de entender essa ideia: os computadores clássicos precisam fazer os cálculos para descobrir como uma molécula vai se comportar. Um computador quântico não precisa fazer os cálculos. Ele pode imitar o sistema molecular diretamente.

Os algoritmos quânticos também podem processar dados de maneiras que os computadores clássicos não conseguem, oferecendo nova estrutura e insights.

A computação quântica foi teorizada pela primeira vez no início da década de 1980, mas foi somente em 1994 que o matemático Peter Shor publicou uma das primeiras aplicações práticas no mundo real para uma máquina quântica hipotética. O algoritmo de Shor para fatoração de inteiros demonstrou como um computador baseado na mecânica quântica teria o potencial de quebrar os sistemas de criptografia mais avançados da época, alguns dos quais ainda são usados hoje.

As descobertas de Shor demonstraram uma aplicação viável para os sistemas quânticos, com implicações dramáticas não apenas para a segurança cibernética, como também para muitos outros campos.

Empresas de engenharia, instituições financeiras e companhias globais de transporte marítimo, entre outras, estão explorando casos de uso em que os computadores quânticos podem resolver problemas importantes em suas áreas. Uma explosão de benefícios da pesquisa e do desenvolvimento em quântica começa a se desenhar no horizonte. À medida que o hardware quântico ganha escala e os algoritmos quânticos avançam, em breve poderemos encontrar novas soluções para problemas significativos e importantes, como a simulação molecular, o gerenciamento de infraestrutura de energia e a modelagem de mercados financeiros.

Os computadores quânticos se destacam na resolução de determinados problemas complexos com muitas variáveis. Do desenvolvimento de novos medicamentos ao progresso na área de semicondutores e ao enfrentamento de desafios energéticos complexos, a computação quântica pode ser a chave para avanços decisivos em vários setores críticos.

Embora não seja mais apenas teórica, a computação quântica ainda está em desenvolvimento. Enquanto cientistas de todo o mundo se empenham em descobrir novas técnicas para melhorar a velocidade, a potência e a eficiência das máquinas quânticas, a tecnologia se aproxima de um ponto de virada. Compreendemos a evolução da computação quântica útil por meio dos conceitos de vantagem quântica e utilidade quântica.

A utilidade quântica se refere a qualquer computação quântica que ofereça soluções confiáveis e precisas para problemas que estão além do alcance dos simuladores clássicos de máquinas quânticas por força bruta. Antes, esses problemas só podiam ser tratados por métodos clássicos de aproximação, métodos de aproximação específicos para cada problema, cuidadosamente elaborados para aproveitar as estruturas exclusivas de um problema específico. A IBM demonstrou a utilidade quântica pela primeira vez em 2023.

Em sentido amplo, o termo vantagem quântica descreve uma situação em que a quântica pode oferecer uma solução melhor, mais rápida ou mais barata do que todos os métodos clássicos conhecidos. Um algoritmo que apresenta vantagem quântica em um computador quântico deve ser capaz de oferecer um benefício prático significativo em relação a todos os métodos conhecidos de computação clássica.A IBM espera obter as primeiras vantagens quânticas até o fim de 2026, desde que as comunidades de quântica e de computação de alto desempenho (HPC) trabalhem juntas.

Como a computação quântica agora oferece uma alternativa viável à aproximação clássica para certos problemas, os pesquisadores afirmam que ela é uma ferramenta útil para a exploração científica, ou que tem utilidade. A utilidade quântica não é uma afirmação de que os métodos quânticos alcançaram uma aceleração comprovada em relação a todos os métodos clássicos conhecidos. Essa é uma diferença fundamental em relação ao conceito de vantagem quântica.

A IBM apresentou duas métricas para avaliar o desempenho de computadores quânticos: fidelidade de camada e operações de camada de circuito por segundo (CLOPS).

Benchmark valioso, a fidelidade de camada oferece uma forma de sintetizar a capacidade de todo o processador quântico de executar circuitos, revelando ao mesmo tempo informações sobre qubits e portas individuais e sobre o crosstalk. Ao executar o protocolo de fidelidade de camada, os pesquisadores conseguem qualificar o dispositivo quântico como um todo e obter, em paralelo, informações detalhadas sobre o desempenho e os erros de cada componente.

Além da fidelidade de camada, a IBM também definiu uma métrica de velocidade: operações de camada de circuito por segundo (CLOPS). Atualmente, o CLOPS mede a rapidez com que os processadores conseguem executar circuitos de volume quântico em série e funciona como um indicador da velocidade do sistema como um todo, englobando a computação quântica e a clássica.

Juntos, a fidelidade de camada e o CLOPS oferecem uma nova forma de avaliar o desempenho dos sistemas, mais significativa para quem busca melhorar e usar o hardware quântico. Com essas métricas, fica mais fácil comparar sistemas entre si, comparar nossos sistemas com outras arquiteturas e refletir os ganhos de desempenho em diferentes escalas.

A profundidade do circuito também é um recurso essencial de uma unidade de processamento quântico. É uma medida do número de execuções de portas paralelas — o número de etapas em um circuito quântico — que a unidade de processamento pode executar antes da decoerência dos qubits. Quanto maior a profundidade do circuito, mais circuitos complexos o computador pode executar.

Hoje, empresas como IBM, Google, Microsoft, D-Wave, Rigetti Computing e outras produzem hardware quântico real. Ferramentas de ponta que eram meramente teóricas há quatro décadas agora estão disponíveis para centenas de milhares de desenvolvedores. Engenheiros estão entregando processadores quânticos supercondutores cada vez mais poderosos em intervalos regulares, além de avanços cruciais em software e orquestração quântico-clássica. Esse trabalho impulsiona a velocidade e a capacidade da computação quântica necessárias para mudar o mundo.

Agora que o campo alcançou a utilidade quântica, os pesquisadores estão trabalhando arduamente para tornar os computadores quânticos de última geração ainda mais úteis. Pesquisadores da IBM QUANTUM e de outros lugares identificaram alguns desafios importantes para melhorar a utilidade quântica e possivelmente alcançar vantagens quânticas:

1. Escalonamento de processadores quânticos: embora os processadores de qubits usados na computação quântica tenham o potencial de superar de longe os baseados em bits, os processadores quânticos atuais comportam apenas alguns qubits em potencial.À medida que a pesquisa avança, a IBM planeja lançar, até 2029, um sistema quântico com 200 qubits lógicos, capaz de executar 100 milhões de portas quânticas. A meta de mais longo prazo da empresa é criar, até 2033, um sistema com 2.000 qubits lógicos, capaz de executar 1 bilhão de portas.
2. Escalonamento de hardware quântico: embora potentes, os qubits também são propensos a erros e exigem grandes sistemas de resfriamento, capazes de criar temperaturas mais baixas que as do espaço sideral. Os pesquisadores estão desenvolvendo maneiras de escalar qubits, componentes eletrônicos, infraestrutura e software para reduzir o espaço ocupado, o custo e o consumo de energia.
3. Correção de erros quânticos: a decoerência, processo em que os qubits deixam de funcionar corretamente e produzem resultados imprecisos, é um grande obstáculo para qualquer sistema quântico. A correção de erros quânticos exige que codifiquemos a informação quântica em mais qubits do que seria necessário de outra forma. Em 2024, a IBM anunciou um novo código de correção de erros, um marco na área, cerca de 10 vezes mais eficiente do que os métodos anteriores.Embora ainda existam desafios para implementar códigos de correção de erros quânticos e para fazer cálculos com informação quântica codificada, esse novo código traça um caminho claro a seguir. Ele aponta para a execução de circuitos quânticos com um bilhão de portas lógicas ou mais.
4. Descoberta de algoritmo quântico: a vantagem quântica exige dois componentes. O primeiro são circuitos quânticos viáveis e o segundo é um meio de demonstrar que esses circuitos quânticos são melhores do que os métodos clássicos conhecidos para resolver um problema quântico. A descoberta de algoritmos quânticos é o que levará as tecnologias quânticas atuais de utilitário quântico para vantagem quântica.
5. Software e middleware quânticos: a computação quântica voltada à vantagem exige um stack de software estável e de alto desempenho para escrever, otimizar e executar programas quânticos.De código aberto e baseado em Python, o Qiskit da IBM é, de longe, o SDK quântico mais usado no mundo.Ele é útil para execuções tanto na frota de computadores quânticos supercondutores da IBM. E também se aplica a sistemas que usam tecnologias alternativas, como íons aprisionados em campos magnéticos ou têmpera quântica.
6. Supercomputação quântica: no futuro próximo, a computação quântica trabalhará em conjunto com a supercomputação clássica moderna e futura para ser útil. Em resposta, os pesquisadores quânticos estão se preparando para um mundo onde supercomputadores clássicos podem usar circuitos quânticos para ajudar a resolver problemas.