Processador Sycamore
Sycamore é um processador quântico criado pelo laboratório Quantum Artificial Intelligence Lab, da empresa Google Inc.[1]
Fabricação
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O processador pode criar estados quânticos em 53 qubits.[2][3][4] Originalmente havia 54 qbits, mas um deles deixou de funcionar. Cada Qbit está ligado com outros quatro em disposição retangular, correspondendo a um espaço de estado computacional de dimensão 253 (cerca de 1016). Ele é feito com qbits supercondutores transmon. O chip de matriz quântico possui arranjo 2D e está acoplado a um chip de controle, que usa um design Flip-Chip para torná-lo mais potente do que os processadores quânticos usados até então. Outra inovação é o uso da arquitetura de acoplamento ajustável, que estabelece uma conexão configurável por conseguir mudar o estado do acoplador transtom. O processador possui 86 acopladores. O processador e suas junções Josephson são feitas de alumínio, e índio para ligações de colisão entre duas pastilhas de silício. Para o uso, é necessário que o processador seja refrigerado até ficar abaixo dos 20 millikelvin. Cada um dos qbits está ligado a um ressonador quântico, que é capaz de ler seu estado. Os qbits podem ser lidos simultaneamente usando multiplexação de frequência. O sinal é aumentado e digitalizado utilizando amplificadores criogênicos em dois estágios, e a demultiplexação é feita em temperatura ambiente. Sycamore possui 277 desses conversores. O processador é capaz de realizar operações de alta fidelidade usando um ou dois qbits.[5][6]
Feitos
editarSupremacia quântica
editarO Google já prometia atingir a supremacia quântica até o fim de 2017. Em setembro de 2019, um artigo foi publicado acidentalmente no site da NASA, onde a empresa teria demonstrado a façanha. O artigo foi retirado do ar pouco tempo depois, mas foi noticiado pelo Financial Times.[7] Porém, no dia 23 de outubro, foi publicado oficialmente na revista Science. O time foi liderado por John Martinis, físico experimental da Universidade da Califórnia.[8]
O experimento proposto foi criado pelo Google em 2016. Nele, Sycamore precisou prever a distribuição de sinais do circuito quântico a partir de uma amostra usando o algorítimo de e Schrodinger-Feynman, que foi comparada com a mesma operação feita por um computador clássico. Este circuito funciona emaranhando uma série de qbits ao realizar operações lógicas com um ou dois qbits. O processo se torna cada vez mais complicado para um computador convencional quando o número de qbits e de ciclos lógicos aumentam, e como Sycamore possui 53 qbits operacionais, existem 253 resultados possíveis. Para a validação dos resultados, foi usada a avaliação comparativa de entropia cruzada. Sycamore resolveu o problema em três minutos e 20 segundos, enquanto o Google estimou que o supercomputador Summit levaria 10 mil anos.[5][8]
Foi apontado que o experimento não possuia aplicação, porém era um avanço na área. Mas Scott Aaronson, cientista teorico da computação da Universidade do Texas em Austin, traz que ele criou um protocolo para usar o cálculo para provar que um número é verdadeiramente aleatório, sendo útil nas áreas de criptografia e de criptomoedas.[8]
No dia 21 de outubro, a IBM publicou uma pré-publicação onde um sistema de armazenamento secundário é usado em computadores clássicos para simular circuitos quânticos, já que o principal problema seria a falta de memória para a simulação em computadores clássicos. A simulação classica separa o circuito quântico em subcircuitos que são simulados de maneira independente e juntados posteriormente. Foi cosntruido um tensor que representa os portões lógicos de Sycamore, onde seu índices são equivalentes às linhas de qbits. A simulação usa técnicas de adiamento de contração e fatiamento de tensores. A IBM estimou o tempo que Summit levaria para simular os circuitos de Sycamore simulando no supercomputador Cori II e extrapolando os resultados usando uma série de indicadores de performance, chegando na conclusão que levaria dois dias e meio. O artigo, porém, não foi revisado por pares.[8][9][10]
Em agosto de 2022, a Chinese Academy of Sciences, com time liderado pelo físico estatístico Pan Zhang, publicou pré-artigo onde o circuito de Sycamore foi representado com um conjunto de tensores 3D e simulado usando 512 GPUs. O algorítimo é menos preciso do que Sycamore, mas em compensação a simulação foi 253 vezes mais rápida do que o esperado. Os resultados foram obtidos em quinze horas. Foi estimado que com este algorítimo, um supercomputador conseguiria resolver o problema em alguns segundos. O artigo será publicado pela revista Physical Review Letters. Sergio Boixo, um dos principais cientistas da Quantum Artificial Intelligence Lab, respondeu em e-mail que o time do laboratório sabia que não manteriam o título por muito tempo, mas que os supercomputadores não conseguirão competir com os circuitos quânticos feitos atualmente.[11][12]
Cristal do tempo
editarEm 2021 cientistas conseguiram criar o cristal de tempo por aproximadamente 100 segundos usando qubits dentro do núcleo do processador quântico Sycamore.[13]
Referências
- ↑ Savage, Neil. «Hands-On with Google’s Quantum Computer». Scientific American (em inglês). Consultado em 21 de setembro de 2021
- ↑ Silvestrini, Paolo (10 de julho de 1989). «Comment on Measurements of macroscopic quantum tunneling out of the zero-voltage state of a current-biased Josephson junction». Physical Review Letters (2): 211–211. ISSN 0031-9007. doi:10.1103/physrevlett.63.211. Consultado em 21 de setembro de 2021
- ↑ Nakamura, Y.; Chen, C. D.; Tsai, J. S. (22 de setembro de 1997). «Spectroscopy of Energy-Level Splitting between Two Macroscopic Quantum States of Charge Coherently Superposed by Josephson Coupling». Physical Review Letters (12): 2328–2331. ISSN 0031-9007. doi:10.1103/physrevlett.79.2328. Consultado em 21 de setembro de 2021
- ↑ A., Kirk, Wiley P. Reed, Mark (1992). Nanostructures and mesoscopic systems: proceedings of the international symposium, Santa Fe, New Mexico, May 20-24, 1991. [S.l.]: Academic Press. OCLC 25051167
- ↑ a b Arute, Frank; Arya, Kunal; Babbush, Ryan; Bacon, Dave; Bardin, Joseph C.; Barends, Rami; Biswas, Rupak; Boixo, Sergio; Brandao, Fernando G. S. L. (outubro de 2019). «Quantum supremacy using a programmable superconducting processor». Nature (em inglês) (7779): 505–510. ISSN 1476-4687. doi:10.1038/s41586-019-1666-5. Consultado em 21 de setembro de 2021
- ↑ Samiha Tashin (15 de outubro de 2021). «Quantum Supremacy with Google's Sycamore Processor». Q-munity. Consultado em 15 de agosto de 2022. Cópia arquivada em 15 de agosto de 2022
- ↑ Madhumita Murgia e Richard Waters (21 de setembro de 2019). «Google claims to have reached quantum supremacy» (em inglês). Financial Times. Consultado em 15 de agosto de 2022. Cópia arquivada em 15 de julho de 2022
- ↑ a b c d Gibney, Elizabeth (23 de outubro de 2019). «Hello quantum world! Google publishes landmark quantum supremacy claim». Nature (em inglês) (7779): 461–462. doi:10.1038/d41586-019-03213-z. Consultado em 15 de agosto de 2022
- ↑ Pednault, Edwin; Gunnels, John A.; Nannicini, Giacomo; Horesh, Lior; Wisnieff, Robert (22 de outubro de 2019). «Leveraging Secondary Storage to Simulate Deep 54-qubit Sycamore Circuits». arXiv:1910.09534 [quant-ph]. Consultado em 16 de agosto de 2022
- ↑ Edwin Pednault, John Gunnels, Dmitri Maslov, e Jay Gambetta (22 de outubro de 2019). «On "Quantum Supremacy"». IBM Research Blog (em inglês). Consultado em 16 de agosto de 2022. Cópia arquivada em 24 de fevereiro de 2022
- ↑ Adrian Cho (10 de agosto de 2022). «Ordinary computers can beat Google's quantum computer after all» (em inglês). Science. Consultado em 16 de agosto de 2022. Cópia arquivada em 16 de agosto de 2022
- ↑ Pan, Feng; Chen, Keyang; Zhang, Pan (4 de novembro de 2021). «Solving the sampling problem of the Sycamore quantum supremacy circuits» (PDF). Physical Review Letters. Consultado em 16 de agosto de 2022
- ↑ September 2021, Ben Turner 14 (14 de setembro de 2021). «Otherworldly 'time crystal' made inside Google quantum computer could change physics forever». livescience.com (em inglês). Consultado em 21 de setembro de 2021
