IBM anuncia computador quântico tolerante a falhas para 2029

Redação do Site Inovação Tecnológica - 11/06/2025

Visão artística do computador quântico Starling, a ser lançado em 2029.
[Imagem: IBM]

Computador quântico tolerante a falhas

A IBM anunciou que está a caminho de fabricar um computador quântico tolerante a falhas até o ano de 2029.

Os avanços para isso estão descritos em dois artigos científicos e um roteiro de desenvolvimento divulgados pela empresa - os dois artigos científicos ainda não foram revisados pelos pares.

"A IBM tem o caminho mais viável para concretizar a computação quântica tolerante a falhas. Até 2029, entregaremos o IBM Quantum Starling, um computador quântico de larga escala e tolerante a falhas, capaz de executar circuitos quânticos compostos por 100 milhões de portas quânticas em 200 qubits lógicos. Estamos construindo esse sistema em nossa histórica instalação em Poughkeepsie, Nova York," anunciou a empresa.

O caminho rumo a computadores quânticos de larga escala, ou supercomputadores quânticos, tropeça em três desafios fundamentais: A escalabilidade, que envolve o aumento do número de qubits, a tolerância a falhas, para que as frágeis operações quânticas não comprometam a qualidade dos resultados, e a correção de erros, para evitar que pequenos erros dos frágeis qubits multipliquem-se conforme os cálculos avançam ao rodar os programas. As três coisas juntas limitam as máquinas atuais a computadores de pequeno porte, com um número não muito grande de qubits.

A IBM anunciou que está trabalhando em duas frentes: Um melhor corretor de erros e um sistema preventivo, que evita que os erros impactem o processamento, o que se traduz na prática na construção de um sistema tolerante a falhas.

Para isso, a empresa usará qubits supercondutores mais espaçados - uns mais longe dos outros - para gerar menos interferência mútua e, assim, minimizar a geração de erros. Na verdade, é ideia é construir cada qubit em seu próprio chip. E a empresa afirma que já possui os mecanismos para conectar esses diferentes chips, permitindo que o Starling seja maior e capaz de executar programas mais complexos do que seus antecessores.

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Arquitetura do computador quântico tolerante a falhas da IBM. Em vez de uma placa, os qubits físicos serão instalados em uma estrutura toroidal, aumentando a distância entre eles e diminuindo em 10 vezes a quantidade de qubits físicos para cada qubit lógico.
[Imagem: IBM]

Qubits lógicos

A empresa também apresentou uma nova arquitetura de software para combinar os qubits físicos em qubits lógicos, chamada código qLDPC, sigla em inglês para "códigos de verificação de paridade de baixa densidade quântica". Os bits de paridade são usados desde os primórdios da computação, consistindo em uma espécie de verificação cíclica de redundância (CRC) de um bit. A IBM agora desenvolveu um mecanismo similar que funciona em um sistema quântico.

Enquanto cada qubit físico será uma unidade de hardware bem isolada em seu próprio chip, podendo ser programada e acoplada a outros qubits de forma controlável, um qubit lógico é uma unidade de informação codificada formada a partir de um ou mais qubits físicos, dependendo do código de correção de erros quânticos.

A grande vantagem é que cada qubit lógico dotado da arquitetura qLDPC precisa de menos qubits físicos para operar, tornando a correção de erros mais rápida e os chips menores e mais fáceis de fabricar.

Entra em cena, então, o terceiro mecanismo, um decodificador para correção de erros. "Apresentamos a primeira arquitetura de decodificador precisa, rápida, flexível e compacta. Ela pode ser instalada em um FPGA ou ASIC, componentes clássicos onipresentes hoje em dia. Essa técnica de decodificação, chamada Relay-BP, alcança uma redução de 5 a 10 vezes em relação a outros decodificadores líderes e mostra que não precisamos usar grandes quantidades de computação de alto desempenho para realizar a decodificação necessária para computações quânticas tolerantes a falhas," anunciou a empresa.

"Esses são sonhos científicos que se tornaram engenharia," anunciou Jay Gambetta, pesquisador da IBM.

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Roteiro de desenvolvimento da computação quântica da IBM.
[Imagem: IBM]

Computador quântico IBM Starling

Juntando tudo, a empresa promete para 2029 um computador quântico:

• Tolerante a falhas: Erros lógicos são suprimidos o suficiente para rodar algoritmos significativos.
• Endereçável: Qubits lógicos individuais podem ser preparados ou medidos ao longo da computação.
• Universal: Um conjunto universal de instruções quânticas aplicado aos qubits lógicos.
• Adaptável: As medições serão decodificadas em tempo real e poderão alterar instruções quânticas subsequentes.
• Modular: O hardware será distribuído por um conjunto de módulos substituíveis, conectados quanticamente.
• Eficiente: Algoritmos significativos poderão ser executados com recursos físicos razoáveis.

O roteiro de desenvolvimento prevê que o Starling tenha 100 milhões de portas lógicas quânticas agrupadas em cerca de 200 qubits lógicos. Dentro de cada qubit lógico, vários qubits trabalham juntos como uma única unidade computacional resiliente a erros - o recorde de qubits lógicos atual é de 50, pertencente a uma colaboração entre a empresa Quantinuum e a Microsoft.

Em tese, um computador quântico tolerante a falhas dessa magnitude, com centenas de qubits lógicos, poderá realizar de centenas de milhões a até bilhões de operações por segundo, o que, como alega a empresa, o tornará capaz de lidar com problemas práticos, como a descoberta de medicamentos, desenvolvimento de novos materiais, estudo de reações químicas etc.

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