Google afirma ter resolvido um dos maiores gargalos da computação quântica

O Google diz que transformou um dos truques teóricos mais promissores da computação quântica em algo que realmente funciona em um chip.

Em um artigo publicado na Science na quinta-feira, a equipe Quantum AI da empresa mostrou que uma técnica chamada cultivo de estados mágicos reduziu os erros em cerca de 40 vezes em seu processador Willow.

Tornar os computadores quânticos mais baratos de construir importa muito além dos laboratórios de física, porque antecipa o dia em que eles farão trabalho útil, como projetar medicamentos e novos materiais, e também o dia em que alguém poderá quebrar a criptografia que protege logins bancários e carteiras de Bitcoin.

Computadores quânticos funcionam com qubits — bits quânticos que podem conter uma mistura de 0 e 1 ao mesmo tempo, permitindo-lhes explorar muitas respostas em paralelo. Eles também são absurdamente frágeis: um pouco de calor ou ruído elétrico pode inverter um qubit e arruinar um cálculo, e é por isso que toda a indústria está obcecada com a correção de erros (espalhar uma informação por muitos qubits para que os erros possam ser detetados e corrigidos).

A correção de erros lida bem com as operações simples, mas um programa genuinamente útil também precisa de uma classe de operações mais difíceis que não podem ser protegidas da mesma forma. Para executá-las, a máquina primeiro tem de fabricar estados mágicos, que funcionam como células de combustível de uso único para essas operações: cada um é consumido no momento em que é usado.

Produzir estados mágicos limpos sempre foi brutalmente caro. Algumas estimativas colocam a conta em até 95% de toda a capacidade de um computador quântico, de acordo com o Google, deixando muito pouco espaço para a computação propriamente dita.

Os físicos Sergei Bravyi e Alexei Kitaev apresentaram a solução padrão em 2004 com a destilação de estados mágicos, que pega em muitos estados mágicos ruidosos e os reduz a alguns limpos. Funciona, mas exige fábricas de qubits enormes que não fazem mais nada.

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Em 2024, pesquisadores do Google propuseram uma rota mais barata que chamaram de cultivo de estados mágicos. Em vez de uma fábrica, essa técnica funciona como um filtro, injetando um estado mágico bruto em uma pequena área do chip para então executar uma cadeia de verificações sobre ele, descartar toda tentativa com uma falha detectada e continuar cultivando as sobreviventes. Seu artigo chegou a sugerir que destilações adicionais "podem nunca ser necessárias na prática".

“No processador Willow do Google Quantum AI, nosso protocolo alcançou uma redução extraordinária de 40 vezes nos erros em relação a estados não cultivados. E obtivemos T-states com uma fidelidade lógica recorde de 99,99%”, disse o Google.

Apenas cerca de 8% das tentativas passaram por todas as verificações, o que significa que o chip descarta mais de nove em cada 10 tentativas para manter um estado limpo.

O cultivo é um dos truques por trás da estimativa de Gidney de 2025 de que a criptografia RSA-2048 poderia ser quebrada com menos de um milhão de qubits ruidosos, uma redução de 20 vezes em relação aos 20 milhões que ele estimou em 2019. Até este experimento, o cultivo só havia sido testado em teoria e simulações computacionais.

O Google continuou apertando o cerco em março, quando um whitepaper do Quantum AI coescrito com o pesquisador da Ethereum Foundation Justin Drake e o criptógrafo de Stanford Dan Boneh colocou o custo de quebrar a criptografia de curva elíptica do Bitcoin (a matemática que impede qualquer pessoa de derivar sua chave privada a partir do seu endereço público) em menos de 500.000 qubits físicos. Isso segue o experimento Quantum Echoes da empresa em outubro passado, o primeiro avanço quântico verificado em hardware real.

Ninguém está esvaziando carteiras com isso. O experimento usou no máximo 54 dos 105 qubits do Willow, e o artigo observa que fatorar uma chave RSA-2048 exigiria magic states com erros em torno de um em 10 bilhões, aproximadamente um milhão de vezes mais limpos do que o Google acabou de alcançar.

O Google diz que o próximo passo é executar o cultivo em maior escala. A equipe projeta que reduzir pela metade o ruído subjacente do hardware do Willow levaria os erros de magic state para cerca de dois em 100.000, porque os erros no processo diminuem com o cubo do nível de ruído do chip.