Google lança concurso com prêmio de 5 milhões de dólares

Os computadores quânticos estão se tornando um novo começo para a computação. São computadores capazes de realizar tarefas de forma muito mais rápida, barata e eficiente do que os computadores clássicos, por isso especula-se que poderiam virtualmente girar 180 graus na forma como os materiais são projetado e como a inteligência artificial é desenvolvida. Eles têm novos medicamentos prontos para lidar com eles e futuras pandemias ou reatores de fusão mais seguros estão sendo construídos.

É por isso que o Google e a Fundação XPrize lançaram no dia 4 de março um concurso para pesquisadores que possam propor usos práticos para esta tecnologia de ponta. Em última análise, o objetivo é aumentar o bem-estar da sociedade global, embora o problema que o concurso pretende esclarecer ainda pareça demasiado essencial. Nas palavras de Nicolás Quesada, da Politécnica de Montreal - "...a competição acerta em cheio: temos que descobrir o que fazer com um computador quântico."

Mas em que se baseia esse novo campo de possibilidades? A partir de uma explicação teórica, a mecânica quântica é uma área de estudo da física contemporânea voltada para o campo microscópico das partículas e seu comportamento. Visualizando a escala subatômica do universo, parte de equações que descrevem como essas partículas interagem, ao contrário das equações com as quais a realidade macroscópica que nos rodeia pode ser descrita.

Os computadores quânticos contam com esses comportamentos para realizar cálculos de uma forma sem precedentes. Porém, já é um desafio que os princípios quânticos exijam o desenvolvimento de um novo dicionário de termos para que seja possível compreendê-los plenamente.

O processador de um computador clássico executa qualquer função manipulando bits, e da mesma forma, funções são propostas a um computador quântico utilizando "qubits" ou bits quânticos, cuja referência é esta relação de partículas.

A manipulação desses qubits por dispositivos de controle é o núcleo do poder de um processador quântico. A superposição de qubits é o paralelismo desses computadores em relação ao sistema binário dos computadores clássicos, permitindo-lhes realizar milhões de operações ao mesmo tempo. Isto é possível porque, tal como as ondas na física clássica, este conceito de superposição na física quântica implica que dois ou mais estados quânticos podem ser adicionados, resultando num novo estado válido. Ou é possível representar cada um destes estados como a soma de dois ou mais estados diferentes.

Grandes empresas como Intel, IBM, Google, bem como um número crescente de empresas emergentes, procuram ser as primeiras a fazer parte e dominar este novo paradigma que permitiria maximizar o desempenho de atividades de todos os tipos.

Por exemplo, em 2019, esta última empresa anunciou em grande estilo o seu computador quântico "Sycamore", ostentando as suas inúmeras vantagens, como a realização de cálculos praticamente impossíveis mesmo para os melhores supercomputadores existentes.

Ou a Atom Computing é outro exemplo, uma startup que afirma colocar à venda o computador quântico mais poderoso até agora no próximo ano. Em termos simples, há uma luta aberta pela supremacia quântica, embora, dito isto, embora este cenário possa estar se aproximando, ainda não existe um computador deste tipo que possa resolver melhor um problema do que um convencional.

Está sendo travada uma competição para superar outras em um campo de ação que ainda não existe, apesar das premissas da teoria sobre novas possibilidades de desenvolvimento de determinadas tecnologias e implementação de soluções para necessidades urgentes.

- "há muitos problemas matemáticos bastante abstratos onde podemos mostrar que os computadores quânticos oferecem acelerações muito, muito grandes", disse Ryan Babbush, diretor do Google Quantum AI. O problema é que grande parte da comunidade de pesquisa está menos focada em tentar combinar essas acelerações quânticas mais abstratas com aplicações específicas do mundo real, e mais em tentar descobrir como os computadores quânticos poderiam ser usados.

Muitos desses avanços são apenas experimentos, e embora haja uma competição constante para melhorar os resultados, esses tipos de concursos são um reconhecimento de que muito pouco se tem aplicado pensando na resolução dos problemas do dia a dia, portanto, de um certo ponto de vista, tudo ainda precisa ser feito.

Foi isso que levou o Google e a XPrize a dar incentivos aos pesquisadores mais capacitados. O primeiro objetivo é desenvolver algoritmos quânticos como parte de um projeto competitivo de três anos. Os algoritmos vencedores deste concurso podem ser usados para resolver problemas sociais. Porém, segundo Ryan, esses pesquisadores só precisam resolver o problema matematicamente, por isso ainda há um distanciamento da prática.

Por enquanto, basta mostrar como um algoritmo pode ser aplicado, detalhando as especificações computacionais exatas. Mas apesar de ser um exercício bastante especulativo, alternativamente, os concorrentes também poderiam mostrar as aplicações de algoritmos quânticos existentes em hardware real que ajudam a resolver tarefas da mesma natureza diversa, por exemplo: gerar previsões mais precisas sobre a relação de medicamentos e proteínas do corpo humano, simulações de cargas eficientes da rede elétrica ou modelagem de melhores materiais para reduzir as emissões de carbono.

No entanto, para muitos, o maior desafio continua a ser um primeiro passo óbvio: construir estes computadores quânticos. Bill Fefferman, da Universidade de Chicago, admite estar - "...otimista de que encontraremos algoritmos que serão realmente úteis. Mas fico pessimista ao saber que será impossível porque nos próximos três anos conseguiremos descobrir esses algoritmos e depois implementá-los nos hardwares que existirem."

O concurso Google e XPrize tem como objetivo que os vencedores abordem temas alinhados aos objetivos de desenvolvimento sustentável das Nações Unidas, além de responderem se seus algoritmos quânticos poderiam ser aplicados em processadores atuais ou futuros. Trata-se de um prêmio de 5 milhões de dólares que será distribuído: 3 milhões para três vencedores, mais 1 milhão para cinco finalistas e 50 mil dólares para cada um dos vinte semifinalistas.