Os computadores quânticos podem causar uma disrupção sem precedentes de maneiras boas e ruins, desde quebrar a criptografia que protege nossos dados até resolver alguns dos quebra-cabeças mais difíceis da química. Novas pesquisas nos deram mais clareza sobre quando isso pode acontecer.
Os esquemas de criptografia modernos dependem de problemas matemáticos diabolicamente difíceis que até os maiores supercomputadores levariam séculos para resolver. Mas os recursos únicos de um computador quântico significam que, com tamanho e potência suficientes, esses problemas se tornam simples, tornando a criptografia de hoje inútil.
Esse é um grande problema para a segurança cibernética e também representa um grande desafio para as criptomoedas, que usam chaves criptográficas para proteger as transações. Se alguém pudesse quebrar o esquema de criptografia subjacente usado pelo Bitcoin, por exemplo, eles seriam capazes de falsificar essas chaves e alterar transações para roubar moedas ou realizar outras atividades fraudulentas.
Isso exigiria computadores quânticos muito maiores do que temos hoje, mas o tamanho exato não está claro. Um novo artigo na AVS Quantum Science de pesquisadores da startup britânica Universal Quantum descobriu que seria necessária uma máquina com 317 milhões a 1,9 bilhão de qubits para quebrar o Bitcoin.
A gama de qubits é ampla porque há uma janela variável dentro da qual as transações são vulneráveis. Isso é, enquanto eles estão esperando para serem processados, o que normalmente leva entre dez minutos a uma hora. Um computador quântico na extremidade inferior dessa escala seria capaz de selecionar algumas transações, mas apenas 1,9 bilhão de qubits garantiriam que você pudesse segmentar todas elas. Às vezes, as transações podem levar até um dia para serem concluídas; nesse caso, os pesquisadores calcularam que você precisaria de apenas 13 milhões.
É importante notar que esses números se referem a um tipo específico de computador quântico. Coisas como quanto tempo leva para realizar uma única operação ou quanto erro se infiltra nos cálculos podem variar significativamente dependendo do tipo específico de hardware usado para construir o computador quântico, e esses fatores podem ter um grande impacto no número de qubits necessários .
Para contornar isso, os pesquisadores criaram uma ferramenta que leva em consideração essas características de hardware ao calcular o tamanho de um dispositivo necessário para um problema específico. As figuras acima referem-se a uma máquina com tempos de operação de um microssegundo, o que é típico para os computadores quânticos supercondutores que estão sendo construídos pelo Google e pela IBM.
Dispositivos de íons presos, preferidos pela Universal Quantum, IonQ e Honeywell, têm tempos de operação próximos a 235 microssegundos. Para aqueles que dependem de qubits de silício, os tempos podem chegar a milissegundos, o que pode aumentar significativamente o número de qubits necessários.
Os pesquisadores também investigaram outro problema em que se espera que os computadores quânticos explodam os convencionais para fora da água: a simulação de moléculas. A enorme complexidade do cálculo de interações entre pequenos números de partículas significa que a maioria dos modelos de química depende de aproximações, e mesmo estas requerem supercomputadores. Mas os computadores quânticos são governados pelas mesmas regras que átomos e moléculas e, portanto, com qubits suficientes, devem ser capazes de realizar simulações exatas dentro de prazos razoáveis.
Um alvo promissor para tal modelagem é a molécula FeMoco que algumas plantas e microorganismos usam para fixar nitrogênio do ar. Entender como isso funciona pode levar a enormes ganhos de eficiência na produção de fertilizantes, uma indústria que atualmente utiliza 2% do fornecimento global de energia.
Computadores convencionais são incapazes de simular a molécula, mas os pesquisadores descobriram que um dispositivo supercondutor poderia resolver os cálculos em 10 dias usando apenas 7,5 milhões de qubits. Usando o mesmo número de qubits, um dispositivo de íons aprisionados levaria 2.450 dias, o que provavelmente não é prático, mas você pode obter um retorno de 10 dias com uma máquina de 600 milhões de qubits.
O design específico que a Universal Quantum está mirando tem um truque na manga, no entanto. Qubits supercondutores só podem falar diretamente com seus vizinhos, e qualquer comunicação de longo alcance requer cadeias de interações de passagem de mensagens que podem consumir muitas operações. Em contraste, os computadores de íons presos são capazes de transportar fisicamente seus qubits para permitir que eles interajam diretamente em distâncias muito maiores.
Isso reduz o número de operações necessárias, o que, por sua vez, deve reduzir o número de qubits necessários. Mais importante, poderia abrir a porta para novos esquemas de correção de erros que poderiam ser consideravelmente mais eficientes do que aqueles usados em dispositivos supercondutores.
De qualquer forma, a pesquisa sugere que tanto o cracking do Bitcoin quanto a resolução da fixação de nitrogênio provavelmente ainda estão muito distantes. E, mais importante, mostra que a escalabilidade será extremamente importante para computadores quânticos, particularmente para aqueles baseados em íons presos, que provavelmente precisarão de muito mais qubits do que seus concorrentes supercondutores.
Texto traduzido do SignularityHub.
