O primeiro computador quântico da Espanha já está em funcionamento. Possui 5 qubits e está localizado no Instituto de Física de Altas Energias (IFAE) de Barcelona. De Xataka visitamos as instalações para ver como funciona, o que requer e quais são as promessas da computação quântica.
A Qilimanjaro Quantum Tech, juntamente com a GMV, foi escolhida para este grande projeto nacional que visa construir um computador quântico de 30 qubit até 2025, que estará localizado no Centro Nacional de Supercomputação (BSC-CNS). O que temos agora é uma primeira pedra. A computador quântico funcional, o primeiro em nosso paísque lança as bases para modelos futuros que serão construídos progressivamente.
“Fazemos parte do orçamento que a Quantum Spain movimenta. Nossa parte é construir a máquina que deve fornecer serviços de computação quântica à comunidade científica e tecnológica da Espanha que deseja utilizá-la”, explica Manel Martínez, CTO da Qilimanjaro, pesquisa professor do IFAE e que abriu as portas das instalações para visitarmos o computador quântico.
“Nossa empresa é uma spin-off. Somos aliados da GMV, que é uma importante empresa de engenharia e já muito consolidada. Somos 95% do projeto, mas esses 5% que a GMV constitui são fundamentais para podermos construir o primeiro computador quântico em Espanha “Sem dúvida foram vitais, especialmente a nível financeiro”, explica Martínez. “Estamos entre Barcelona e o campus Bellaterra, na Universidade Autônoma. Com divisões de teoria, software e parte de instrumentação. Temos dois laboratórios, onde temos os equipamentos.” A primeira delas fica no Departamento de Óptica da Faculdade de Ciências da UAB, enquanto sua instalação mais importante fica próxima, no Instituto de Física de Altas Energias, a cerca de 400 metros uma da outra.
“Na empresa agora Somos cerca de 50 pessoas, mas estamos em plena expansão. No início do ano éramos 20″, descreve o professor. “A perspectiva é que até meados do ano que vem seremos cerca de 100 pessoas.” Desta equipe, cerca de 25 pessoas estão dedicadas à divisão de hardware, dedicada a construção de computadores quânticos.
Operando a 20 miliKelvin
Temos de compreender que estamos perante o nascimento de um novo sector. A aparência física de um computador quântico está longe da dos computadores clássicos atual. Para atingir as condições necessárias, é necessária uma instrumentação bastante volumosa.
Em resumo, o computador quântico de Qilimanjaro está dividido em três partes principais. O principal é a geladeira. É o tubo de vácuo isolado eletromagneticamente onde as pastilhas de silício contendo os qubits estão escondidas. O fato é que para atingir as propriedades físicas necessárias, esses qubits devem estar localizados em torno de 20 miliKelvin. Praticamente perto do zero absoluto (-273,15ºC).
Para conseguir isso é onde a segunda zona entra em ação. O sistema de gás está localizado próximo ao refrigerador branco para gerenciar a pressão e a temperatura necessárias. Martínez detalha as diferentes fases de resfriamento para atingir a faixa necessária.
Este processo utiliza hélio-3, um isótopo de hélio com um nível de eficiência incomparável para a temperatura. No entanto, é extremamente raro na Terra e o seu fornecimento provém principalmente de ogivas nucleares envelhecidas.
A tarefa de obter este hélio-3 não cabe a Qilimanjaro, mas neste caso a Bluefors. É uma empresa holandesa especializada na geração de equipamentos de refrigeração para computação quântica. A Bluefors é a empresa que oferece o refrigerador, bem como alguns componentes da terceira parte do sistema: a eletrônica de comunicação e o controle do refrigerador.
Uma série de cabos sai do chip quântico e se conecta a um rack da empresa Qblox. Este é responsável por sincronizar o controle dos qubits em tempo real. O sistema pode ser controlado remotamente e o Qilimanjaro oferece a possibilidade de execute algoritmos quânticos na nuvematravés do ecossistema Qibo.
Ou seja, este computador quântico localizado no IFAE de Barcelona presta serviço contínuo a empresas ou grupos de investigação em toda a Espanha que pretendam executar os seus algoritmos quânticos. Um sistema que está em funcionamento desde este verão e já tem sido utilizado para resolver problemas específicos.
Nem todos os qubits são iguais
O computador quântico com geladeira Bluefors possui 5 qubits, mas não é o único que encontramos no laboratório. De um lado tinham uma pequena geladeira para pesquisas, com um ou dois qubits. Depois está em uso o computador quântico de 5 qubit e só nestas semanas já instalaram o novo refrigerador da empresa Leiden Cryogenics, consideravelmente maior.
Enquanto que O refrigerador Bluefors pesa cerca de 400 quilos, o de Leyden sobe para 1,2 toneladas. Se o atual tiver capacidade para abrigar até cerca de 50 qubits, esse novo refrigerador poderá ser usado para abrigar um computador quântico com centenas de qubits. Além disso, possui um sistema de elevação que facilita muito o gerenciamento, explicam-nos.
O sistema de 5 qubits instalado é considerado o primeiro computador quântico da Espanha, mas perguntamos a Martínez por que o sistema de um ou dois qubits não atende aos requisitos. “O conceito aí é que um qubit é muito pequeno para ser considerado um computador quântico. Dois qubits, digamos, começa a ser uma coisa onde você pode programar algo porque você tem dois qubits que podem se comunicar, mas Em geral em nossa comunidade considera-se que além de dois qubitsPor exemplo, cinco qubits, você começa a ter um computador quântico. Aí você tem que ver se ele está preparado e calibrado para que você conheça bem a resposta do sistema quântico e possa colocá-lo a serviço de pessoas que, sem saber exatamente como funciona internamente, podem enviar seus algoritmos e ter resultados que fazem senso. “Esse é um computador quântico.”
“O pessoal da Quantum Spain não sabe como construímos o computador quântico, não sabe o que tem dentro. Eles constroem algoritmos seguindo as técnicas dos algoritmos quânticos, enviam-nos para a nossa máquina, nós os executamos, damos-lhes o resultados e eles com os resultados veem que fazem sentido, ou seja, que estão realmente fazendo o tipo de computação que queriam. A forma como estamos prestando serviço a eles é o que se chama ‘Quântica como serviço‘. É um sistema na nuvem onde tem filas, onde você envia seu trabalho, seu conjunto de algoritmos com os dados e assim por diante, e depois quando rodar no computador quântico, você recebe seus resultados com todos os números que interessam você.” .
Este computador quântico em funcionamento não nos permitiu ver como era o interior destes sistemas. Com isto referimo-nos à imagem agora quase icónica dos cabos dourados. Felizmente, no Departamento de Óptica da Universidade Autônoma de Barcelona, a poucos metros de distância, a equipe de Qilimanjaro trabalhava com outro refrigerador e havia exposto as placas de ouro onde estão colocados os qubits.
A parte visível são dezenas de conectores coaxiais. Quanto maior a geladeira, mais espaço haverá para colocar os qubits. Mas ter mais ou menos qubits não acrescenta complexidade excessiva. Martínez nos explica que neste momento os computadores quânticos não são energeticamente eficientes, mas o serão no futuro porque A energia necessária para milhares de qubits e para os cinco agora é praticamente a mesma. O que é mais difícil é conseguir as condições de pressão e temperatura necessárias, então a quantidade de placas de silicone que são colocadas naquela base dourada é outra questão.
Em um computador quântico não existem componentes como memória ou disco rígido. Temos um processador para o qual são enviados os sinais de micro-ondas necessários para gerenciar os estados dos qubits.
Os próprios chips quânticos que não estão sendo usados são armazenados em câmaras de vácuo. Temos pequenos pratos de alguns centímetros com circuitos de alumínio em um substrato de silícioque esteticamente não conseguiríamos identificar na base como algo muito diferente dos chips tradicionais.
Esses chips não são armazenados em temperaturas ultrabaixas, é para isso que serve a geladeira, mas são armazenados no vácuo porque O maior problema que eles têm é a oxidação..
O que está vindo a partir de agora
O computador quântico IFAE é o primeiro a ser lançado. O primeiro a atender outras empresas e oferecer respostas. Que tipos de problemas um computador quântico resolve bem? Um exemplo é a otimização de rotas, como já fazem algumas empresas como a Volkswagen.
O projeto de Qilimanjaro está sendo testado na Universidade Autônoma de Barcelona, mas na verdade será no Centro de Supercomputação de Barcelona (BSC), onde está planejado. “Serão duas geladeiras, cada uma com um chip quântico. Porque uma das exigências do contrato é que haja atendimento 24 horas por dia, 7 dias por semana”, explica Martínez. “Todos esses computadores quânticos têm um tempo de calibração e manutenção, então Com apenas um é impossível fornecer serviço contínuo“.
O primeiro computador quântico é da marca holandesa QuantWare, enquanto o próximo a ser testado é da empresa finlandesa-alemã IQM. Também possui 5 qubits, mas oferecem melhor tempo de coerência. “Existe o que se chama de ‘Volume Quântico’, que é o que em última análise define a qualidade com que se pode executar os algoritmos”, explicam-nos.
Será instalado inicialmente um computador IQM de 5 qubits no BSC e, paralelamente, outro da QuantWare, com 10 qubits. A razão é que o IQM vai de 5 a 20 qubits, enquanto o QuantWare tem 5,10,30 e 64 qubits. A qualidade do IQM é superior, mas a empresa holandesa oferece mais flexibilidade. Portanto, de Qilimanjaro Eles irão alternar entre um fabricante e outro.
“Na fase final do contrato que assinamos com o BSC, que é dezembro de 2025, eles terão em serviço simultâneo um computador quântico de 20 qubit da IQM, que é muito poderoso, e um computador quântico de 30 qubit da QuantWare , que terá uma potência semelhante e um pouco superior”, descreve Martínez sobre o projeto de computador quântico BSC. Um subsidiado com fundos europeus e cujos componentes são inteiramente europeus.
A computação quântica está avançando rapidamente. O primeiro a ser lançado em Espanha foi o projecto nacional, mas Existem outros computadores quânticos promovidos por empresas privadascomo o da Fujitsu de 32 qubits na Galiza que já está em andamento ou o da IBM de 127 qubits no País Basco até o final de 2024.
Mesmo com a aceleração desta tecnologia, há uma coisa que está clara e que Martínez nos lembra: “a computação quântica acrescenta, não substitui. Booleanos pretendem ser compreendidos e complementados. Assim, a computação quântica pode ser vista como um recurso para acelerar certos algoritmos e cálculos específicos, que na computação clássica levariam milhões de anos para serem processados e na computação quântica leva minutos.”
Em Xataka | Os computadores quânticos explicaram: como funcionam, que problemas pretendem resolver e que desafios devem superar para o conseguir
Reescreva o texto para BR e mantenha a HTML tags