O futuro é quântico: Microsoft libera preview gratuito do Kit de Desenvolvimento Quântico

Da esquerda para a direita: Charles Marcus, Krysta Svore, Leo Kouwenhoven e Michael Freedman lideram os esforços de computação quântica da Microsoft (Foto: Brian Smale)

Então, você quer aprender a programar um computador quântico? Agora, há um conjunto de ferramentas para isso.

A Microsoft está lançando uma versão preview gratuita do Kit de Desenvolvimento Quântico, que inclui a linguagem de programação Q#, um simulador de computação quântica e outros recursos para pessoas que desejam começar a programar aplicativos para um computador quântico. A linguagem de programação Q# foi construída especificamente para a computação quântica.

O Kit de Desenvolvimento Quântico, que a Microsoft anunciou pela primeira vez no Ignite, em setembro, foi projetado para desenvolvedores que desejam aprender a programar em computadores quânticos, sendo, ou não, especialistas em física quântica.

Ele está profundamente integrado ao Visual Studio, conjunto de ferramentas para desenvolvedores da Microsoft, de maneira que alguns aspectos serão familiares para pessoas que já estão desenvolvendo aplicativos em outras linguagens de programação. Também lançado como parte do kit, um simulador quântico local foi projetado. Ele pode simular cerca de 30 qubits lógicos de potência computacional quântica usando um laptop comum. Isso permitirá que os desenvolvedores depurem o código quântico e testem os programas em pequenas instâncias diretamente em seus próprios computadores.

Para desafios quânticos em grande escala, a Microsoft também oferece um simulador baseado em Azure que pode simular mais de 40 qubits lógicos de potência computacional.

A Microsoft também está colocando à disposição um conjunto abrangente de documentação, bibliotecas e programas de exemplo, junto com o kit. Assim os usuários terão o histórico que precisam para começar a brincar com aspectos especiais da computação para os sistemas quânticos, como o teletransporte quântico.

Esse é um método seguro de compartilhar informações em bits de computação quântica, ou qubits, que estão conectados por um estado quântico, chamado emaranhamento.

“A ideia é que você brinque com algo como o teletransporte e se intrigue”, disse Krysta Svore, pesquisadora principal da Microsoft, que liderou o desenvolvimento do software quântico e simulador.

O kit permitirá que as pessoas criem aplicativos que possam funcionar agora no simulador quântico, e esses mesmos aplicativos também funcionarão em um computador quântico topológico, que a Microsoft está desenvolvendo para computação quântica de propósito geral.

“A beleza disso é que esse código não precisará mudar quando o inserirmos no hardware quântico”, disse Svore.

Da inteligência artificial às mudanças climáticas

Especialistas acreditam que os computadores quânticos permitirão que os cientistas abordem alguns dos desafios mais difíceis do mundo, como a fome ou os efeitos perigosos das mudanças climáticas. Isso se dará em parte porque os computadores quânticos serão capazes de fazer cálculos em horas ou mesmo em minutos que, em alguns casos, levariam a vida do universo nos computadores clássicos mais avançados em uso hoje.

Os computadores quânticos também devem ajudar a estimular avanços importantes em campos como a inteligência artificial (IA).

Por exemplo, muitos dos avanços atuais em IA baseiam-se, em parte, na aprendizagem da máquina, em que um sistema recebe um conjunto de dados e aprende a partir desses dados para reconhecer palavras, sons ou objetos.

Com um simulador de computação quântica, Svore disse que cientistas da computação já estão trabalhando para entender como poderiam criar algoritmos quânticos para esse tipo de pesquisa em IA. Nos testes iniciais no simulador, eles estão vendo como esses algoritmos quânticos poderiam encontrar rapidamente padrões mais detalhados de dados, o que poderia estimular avanços importantes em campos como fala, visão ou reconhecimento de linguagem.

“Parece que existe uma grande quantidade de potencial lá, e estamos apenas arranhando a superfície”, disse Svore.

Computação quântica topológica

O Kit de Desenvolvimento Quântico faz parte do plano da Microsoft para construir um sistema robusto de computação quântica, que inclui tudo, desde o hardware da computação quântica até a pilha de software completa. Os pesquisadores da empresa também estão trabalhando em projetos focados em criptografia e segurança em um mundo de computação quântica.

A abordagem da Microsoft está centrada no desenvolvimento de um qubit topológico, um tipo de qubit mais robusto, que os especialistas da Microsoft acreditam que proporcionará uma base melhor para a computação quântica prática e escalável.

Um grande desafio da computação quântica é que os qubits são extremamente finos. Eles precisam ser armazenados em temperaturas muito baixas, por exemplo, ou podem ser perturbados e destruídos.

Por conta da espessura, a maioria das abordagens para construir qubits precisa de muitas correções de erros ou técnicas para assegurar que a informação seja entregue de forma confiável. Com um qubit topológico, a correção do erro é construída diretamente na física do próprio qubit. Isso torna mais fácil a escala e a entrega de resultados confiáveis, além de fazer cálculos que possuam ordens de magnitude maiores do que é possível realizar em um computador clássico, com menos qubits do que outros sistemas quânticos.

Sem contar que a física quântica é extremamente complexa, e mesmo algumas das pessoas mais inteligentes do mundo confessam que a computação quântica é difícil de entender.

Todd Holmdahl, vice-presidente corporativo encarregado do esforço quântico da Microsoft, observou que cabe à Microsoft descobrir a física quântica – e então entregar ferramentas como o Kit de Desenvolvimento Quântico para que pessoas sem conhecimento de física quântica possam usar. A esperança é que essas ferramentas tornem o poder da computação quântica acessível a muitas outras pessoas.

“O que você vai ver como desenvolvedor é a oportunidade de unir ferramentas e serviços que você já conhece bem”, disse Holmdahl. “Haverá uma mudança com a computação quântica, mas é nosso trabalho torná-la o mais fácil possível para os desenvolvedores que nos conhecem e nos amam, para que eles possam usar essas novas ferramentas que poderiam potencialmente fazer coisas exponencialmente mais rápidas – o que significa ir de um bilhão de anos em um computador clássico para algumas horas em um computador quântico.”