O Departamento de Energia dos EUA (DoE) espera estimular a criação de algo que ninguém ainda realizou: um computador quântico tolerante a falhas e cientificamente relevante, e fazê-lo em poucos anos com relativamente pouco financiamento federal antecipado.

O DoE anunciou sua Competição Quantum Genesis Q, uma iniciativa que, segundo um pedido de aplicações no site de oportunidades do programa, visa produzir um computador quântico cientificamente relevante (SRQC) de primeira geração e tolerante a falhas até 2028.

Se isso parece um objetivo ambicioso por si só, esse objetivo só se torna mais audacioso quando se percebe que tipo de bolsas de pesquisa o DoE pretende conceder. O departamento prevê até $215 milhões em financiamento para o programa, sujeito a dotações do Congresso, com o dinheiro atrelado a marcos, em vez de ser simplesmente entregue antecipadamente.

Até dez premiados serão selecionados, cada um elegível para até $1.5 milhão durante a primeira fase da competição. Tudo, exceto $250.000, será retido até que os premiados entreguem um protótipo validado cerca de um ano após o início do concurso, o que significa que aqueles cujos planos de verificação e validação forem aprovados pelo DoE terão apenas $250.000 em financiamento de marco inicial antes de entregar o protótipo.

Aqueles que conseguirem entregar um protótipo validado estarão qualificados para passar para a próxima fase, onde os participantes podem compartilhar um fundo de incentivo de $100 milhões em sua tentativa de construir um SRQC de primeira geração até o outono de 2028. O parâmetro ilustrativo do DoE para o protótipo exige pelo menos 10 qubits lógicos (bits quânticos) capazes de realizar 10³ operações complexas.

Para o SRQC de primeira geração, o parâmetro ilustrativo do DoE sobe para pelo menos 100 qubits lógicos capazes de realizar 10⁵ operações complexas com tolerância a falhas.

Leve-me à lua quântica em um foguete de papel machê

O DoE está pedindo muito, e não está dando às entidades privadas que espera atrair muito para realizar seus pedidos.

Para aqueles que pensam que sistemas quânticos com contagens brutas de qubits maiores já foram construídos, isso está correto. Pesquisadores da Caltech demonstraram no ano passado um arranjo de 6.100 qubits. Esses são qubits físicos, no entanto, enquanto as metas do DoE são medidas em qubits lógicos.

Qubits lógicos são uma solução para a tendência de os computadores quânticos serem bastante propensos a erros, porque os qubits são incrivelmente frágeis. Luz, som, mudanças de temperatura e até a atividade de outros qubits podem causar o seu colapso, introduzindo erros nos computadores quânticos.

Os qubits lógicos devem resolver esses problemas agrupando um conjunto de qubits físicos em um único sistema que pode corrigir erros. Atualmente, pesquisadores demonstraram técnicas e sistemas tolerantes a falhas usando qubits lógicos, mas ninguém ainda construiu uma máquina tolerante a falhas na escala e capacidade científica que o DoE almeja.

A QuEra e seus colaboradores de pesquisa demonstraram uma arquitetura usando até 96 qubits lógicos – bem além da meta de protótipo de 10 qubits lógicos ilustrada pelo DoE e muito próxima dos 100 qubits lógicos previstos para seu SRQC de primeira geração. A QuEra também planeja introduzir seu sistema Libra até 2028 com mais de 256 qubits lógicos e uma taxa de erro lógico de 10⁻⁶. No papel, isso colocaria o Libra no mesmo território amplo de desempenho que as metas de primeira geração do DOE, embora a métrica de "operações complexas" do DoE e a taxa de erro lógico da QuEra não sejam diretamente intercambiáveis. Com esse plano já em andamento, a QuEra pareceria ser uma participante plausível, embora não tenha dito que entrará na disputa.

De qualquer forma, o DoE está pedindo muito dos participantes do concurso Quantum Genesis Q, e se a coisa toda resultará em uma máquina funcional é uma incógnita. A computação quântica comercialmente viável é uma daquelas coisas que sempre parecem estar a alguns anos de distância, e o DoE estabelecer outro prazo ambicioso não significa que a indústria irá cumpri-lo. ®