Os pesquisadores do Google Quantum AI deram um passo significativo ao aproveitar seu computador quântico Willow para aprimorar a interpretação dos dados de ressonância magnética nuclear (NMR). Esta técnica amplamente utilizada em química e biologia é crucial para a compreensão de detalhes moleculares, e o trabalho do Google sugere que os computadores quânticos poderão em breve fornecer uma assistência valiosa neste campo.
Por que isso é importante
Embora os computadores quânticos sejam mais conhecidos pelo seu potencial para quebrar a criptografia moderna – embora os dispositivos atuais não sejam suficientemente poderosos para o fazer – também oferecem promessas na aceleração da descoberta de medicamentos e da ciência de materiais. Esses campos envolvem inerentemente fenômenos quânticos complexos, tornando-os adequados para a computação quântica. A última demonstração do Google destaca como os computadores quânticos podem efetivamente “falar a mesma linguagem da natureza”, revolucionando potencialmente a análise molecular.
Ecos Quânticos e RMN: Uma Nova Abordagem
A equipe se concentrou em um protocolo computacional chamado Quantum Echoes, que se baseia em um conceito semelhante ao “efeito borboleta”. Este efeito descreve como uma pequena mudança numa parte de um sistema pode desencadear grandes consequências noutros locais. Os pesquisadores usaram esse princípio no Willow, utilizando 103 qubits para simular o comportamento molecular.
Como funciona: simulando perturbações moleculares
O processo envolve uma série de etapas:
- Manipulação de Estado Quântico: Os pesquisadores inicialmente aplicam uma sequência específica de operações aos qubits, alterando seus estados quânticos de maneira controlada.
- Perturbação Controlada: Um único qubit é então perturbado deliberadamente, agindo como uma “borboleta quântica”.
- Reversão e medição: A sequência original de operações é aplicada ao contrário e as propriedades quânticas resultantes dos qubits são medidas.
- Análise Matemática: A análise dessas propriedades quânticas fornece insights sobre todo o sistema, incluindo detalhes sobre a estrutura da molécula.
Esta abordagem reflete o processo de RMN usado em laboratórios, que envolve cutucar moléculas com ondas eletromagnéticas e analisar as reações para determinar as posições relativas dos átomos – agindo essencialmente como uma “régua molecular”. Ao emular esse processo com qubits, os pesquisadores podem potencialmente “ver entre átomos” que estão mais distantes.
Desempenho e Potencial
A equipe estima que executar um protocolo semelhante em um supercomputador convencional levaria cerca de 13 mil vezes mais tempo. Além disso, a capacidade de obter os mesmos resultados em dois computadores quânticos diferentes demonstra a confiabilidade e consistência do protocolo Quantum Echoes. Essa melhoria se deve em grande parte às melhorias no hardware da Willow, especificamente à redução nas taxas de erro de qubit.
Limitações Atuais e Perspectivas Futuras
Embora promissor, o trabalho da equipe ainda é preliminar. Os experimentos atuais utilizam apenas até 15 qubits e os resultados ainda podem ser replicados usando métodos convencionais. Além disso, os resultados não passaram por um processo formal de revisão por pares.
Os especialistas concordam que esta aplicação de Ecos Quânticos é bastante promissora, embora a sua utilidade esteja atualmente limitada a estudos biológicos especializados. Criar uma ligação entre técnicas estabelecidas como RMN e cálculos quânticos é um importante passo em frente. No entanto, o progresso contínuo exige a resolução das limitações e a demonstração de uma clara vantagem sobre os métodos existentes.
Os pesquisadores estão focados em reduzir as taxas de erro de qubits e aumentar o número de qubits usados no protocolo, permitindo a análise de moléculas progressivamente maiores e mais complexas. O objetivo final é tornar esta técnica uma ferramenta valiosa para cientistas de diversas áreas.
A questão da determinação da estrutura molecular é extremamente importante e relevante. Criar uma conexão entre uma técnica estabelecida como a RMN e cálculos realizados em um computador quântico é um passo importante, mas por enquanto, a utilidade da técnica provavelmente estaria limitada a estudos altamente especializados em biologia. – Keith Fratus, Simulações Quânticas HQS
A busca por aplicações de computadores quânticos continua e, embora Quantum Echoes on Willow seja uma demonstração experimental impressionante, seu amplo uso depende da superação das limitações atuais e, em última análise, da prova de sua superioridade sobre os métodos convencionais. Até então, continua a ser uma ferramenta valiosa para os teóricos da física envolvidos no estudo fundamental dos sistemas quânticos.
