Em 2012, sentado em uma piscina quente, o físico Seth Lloyd propôs um aplicativo quântico de internet para os criadores do Google, Sergey Brin e Larry Page. Ele o chamou de Quoogle: um mecanismo de busca que usa matemática baseada na física de partículas subatômicas e mostra resultados sem conhecer as próprias consultas. Tal salto exigiria um tipo completamente novo de memória - a chamada QAMM, ou memória quântica de acesso aleatório.
Embora a ideia tenha intrigado Brin e Page, eles a abandonaram, Lloyd disse ao "Gizmodo". Segundo ele, lembraram que seu modelo de negócio é saber tudo sobre todos.
Mas KOSU, como ideia, não morreu. Os computadores modernos lembram-se bem das informações em bilhões de bits, dígitos binários iguais a zero ou um. A RAM, ou memória de acesso aleatório, armazena informações por um curto período em chips de silício, atribuindo a cada informação um endereço específico, que pode ser acessado de forma aleatória e em qualquer ordem para consultar essa informação posteriormente. Isso torna o computador muito mais rápido, permitindo que seu laptop ou celular obtenha imediatamente os dados armazenados na RAM, muitas vezes usados por aplicativos, em vez de procurá-los no armazenamento, que é muito mais lento. Mas em algum momento no futuro, os processadores de computador podem ser suplantados ou aumentados por processadores de computador quânticos, máquinas capazes de embutir bancos de dados gigantes.aprendizado de máquina e inteligência artificial. Os computadores quânticos ainda são uma tecnologia nascente, mas se algum dia forem capazes de executar esses algoritmos potencialmente lucrativos, precisarão de uma maneira totalmente nova de acessar a RAM. Eles precisarão de um CORPO.
“KRAM pode ser um aplicativo incrível que torna os dispositivos quânticos do Google e da IBM instantaneamente úteis”, disse Lloyd ao Gizmodo.
Computadores clássicos como o ThinkPad, o iPhone e os supercomputadores mais poderosos realizam todas as suas operações traduzindo os dados em uma ou mais combinações de bits, zeros e uns. Os bits interagem entre si, produzindo, em última análise, outra combinação de zeros e uns. Os computadores quânticos também produzem o resultado final na forma de uns e zeros. Mas, à medida que a contagem prossegue, seus bits quânticos, ou qubits, comunicam-se uns com os outros de uma nova maneira, por meio das mesmas leis da física que governam os elétrons. Em vez de ser apenas zero ou um, cada qubit pode ser ambos ao contar, usando uma equação matemática que criptografa a probabilidade de obter zero ou um apenas quando você testa seu valor. Vários qubits usam equações mais complexas,que se referem aos valores de qubit como objetos matemáticos únicos. O resultado é uma ou mais cadeias binárias possíveis, cujo valor final é determinado pelas probabilidades nas equações.
Essa abordagem matemática esquisita - qubits são equações até que você os calcule e então eles se parecem com bits novamente, mas seus valores podem incluir um elemento de aleatoriedade - permite que você resolva problemas tradicionalmente difíceis para computadores. Um desses desafios é a decomposição de grandes números em números primos, o que quebra os algoritmos usados para armazenar grandes quantidades de dados criptografados - um desenvolvimento que pode ser “catastrófico” para a segurança cibernética. Ele também pode servir como uma nova maneira de processar grandes conjuntos de dados, como aqueles usados no aprendizado de máquina (como sistemas avançados de reconhecimento de rosto).
Os computadores quânticos ainda não são melhores do que os computadores convencionais. A IBM dá aos cientistas e empresários acesso a um processador funcional de 20 qubit e Rigetti a um processador de 19 qubit, enquanto os supercomputadores tradicionais podem simular potências quânticas de até 50 qubits. Apesar disso, o físico John Preskil anunciou recentemente que a tecnologia está entrando em uma nova era na qual os computadores quânticos logo serão úteis para mais do que entretenimento em experimentos físicos. O governo dos EUA leva as tecnologias quânticas a sério por causa de sua importância para a segurança cibernética, e muitos físicos e programadores estão procurando novos nichos para elas.
Muitos pesquisadores também esperam encontrar aplicações para computadores quânticos no desenvolvimento de inteligência artificial e aprendizado de máquina usando algoritmos quânticos. Tais algoritmos são complexos e envolvem uma quantidade significativa de informações, exigindo, portanto, uma alternativa quântica à RAM: qRAM.
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A RAM quântica não consiste em bilhões de bits armazenados em vários qubits. Em vez disso, é uma maneira de os computadores quânticos aplicarem suas operações quânticas a grandes listas de dados encontrados em problemas de aprendizado de máquina. Em última análise, a memória de acesso aleatório regular é composta de dados necessários para executar programas, e os programas acessam especificando o endereço dos bits - da mesma forma que você pode obter a soma das células digitando (A2 + B2) em vez de digitar números a cada vez. manualmente. Os algoritmos quânticos terão que acessar a memória de acesso aleatório comum no nível quântico - no sentido mais primitivo, eles criam uma superposição em que a célula é A2 e B2 ao mesmo tempo, e só então, após o cálculo ser concluído, mostra o valor de A2 ou B2. Não há nada quântico na memória como tal - quântico é a maneira como você a acessa e usa.
Na verdade, se você tiver muitos dados armazenados - como, por exemplo, em bancos de dados para treinar chatbots - então pode haver um algoritmo quântico que pode fazer mais do que um computador normal quando se trata de pesquisar dados ou uma mensagem de algo importante. … Isso pode ser muito lucrativo tanto para o setor financeiro quanto para empresas como o Google e, é claro, exigirá RAM quântica.
Um artigo sobre QRAM, escrito por Lloyd e sua equipe há dez anos, descreveu uma maneira de acessar apenas os endereços na memória necessários para a superposição, usando algo que eles chamaram de "cadeia de fogo quântica". Basicamente, como cada endereço na RAM é apenas uma sequência de bits, ele pode ser considerado uma árvore ramificada, na qual cada qubit é um ponteiro que indica ao computador para virar para a esquerda ou direita. Isso também funciona em computadores convencionais, mas um computador quântico com apenas duas escolhas inevitavelmente enredará caminhos extras a cada curva, levando a um estado quântico incrivelmente grande e frágil que pode facilmente desmoronar em um ambiente não quântico. Lloyd e seus colegas propuseram uma estrutura em árvore,em que cada ramal é automaticamente mantido em modo de espera, permitindo que o computador se mova apenas no ramal direito ou esquerdo (lado) para acessar a memória desejada sem emaranhar informações desnecessárias. A diferença é de natureza bastante técnica, mas foi projetada para reduzir significativamente a potência necessária para resolver esse tipo de problema no aprendizado de máquina.
"A maioria dos algoritmos usados na pesquisa requer algum tipo de memória quântica", comentou Michelle Mosca, cientista da Universidade de Waterloo, no Canadá, que também pesquisou memória quântica, para o Gizmodo. "Qualquer coisa que reduza o custo da RAM quântica aplicada também pode reduzir drasticamente o tempo antes do advento dos computadores quânticos diários."
Mas ainda estamos em um estágio muito inicial no desenvolvimento da programação quântica. Hoje, a maneira como os computadores antigos lembram as informações parece quase ridícula. RAM consistia em loops magnéticos conectados por fios, onde cada loop correspondia a um bit, e a orientação do campo magnético na bobina representava seu significado. O primeiro computador americano disponível comercialmente, UNIVAC-I, era conhecido por armazenar dados ao converter impulsos elétricos em ondas sonoras usando mercúrio líquido. Essa memória não tinha acesso aleatório - você não podia obter os dados desejados a qualquer momento, mas apenas na ordem em que foram armazenados. E foi considerada tecnologia de ponta.
“Foi uma obra de arte”, explicou Chris Garcia, curador do Computer History Museum. "Naquela época, eles tentaram tudo o que podiam e esperavam que algo funcionasse." Naquela época, tais soluções eram superiores a todas as anteriores. Hoje os computadores armazenam memória em microchips feitos de um material especial chamado de "semicondutores", o que se tornou possível não só por causa do avanço da ciência, mas também graças aos processos que tornaram o armazenamento de silício muito mais barato do que o armazenamento de minúsculas bobinas magnéticas.
Como será a memória quântica? Provavelmente não da maneira que Lloyd e seus colegas imaginaram. Na conferência do ano passado, os físicos brincaram que o campo da computação quântica pode muito bem se voltar para outro análogo de tonéis de mercúrio líquido. Certamente teremos novos avanços tecnológicos e matemáticos que otimizarão os computadores e seus métodos de armazenamento de informações.
Lloyd concordou com isso. “Eu adoraria ver alguém espalhar nossa ideia”, disse ele. "Se pudéssemos traduzir informações comuns em um estado quântico, isso seria uma aplicação incrível de computadores quânticos em curto prazo." Afinal, os computadores são mais do que apenas sua capacidade de executar algoritmos sofisticados. Eles permitem que esses algoritmos sejam usados para processar e organizar dados para criar algo útil.
E talvez um dia realmente usaremos o Google quântico.
Ryan F. Mandelbaum
