Novo tipo de computação é naturalmente probabilística

Redação do Site Inovação Tecnológica - 11/03/2021

A computação probabilística fica a meio caminho da computação clássica e da quântica.
[Imagem: Gwen Keraval]

Computação imprecisa

Pesquisadores da Universidade Purdue, nos EUA, anunciaram o início de um projeto para construir um computador probabilístico que promete preencher a lacuna entre a computação clássica e a computação quântica.

Um processador probabilístico usa uma arquitetura que não exige a precisão dos computadores atuais, trabalhando com probabilidades de que cada bit seja 0 ou 1, por exemplo.

O objetivo é resolver com mais eficiência problemas em áreas como pesquisa de medicamentos, criptografia e segurança cibernética, serviços financeiros, análise de dados e logística da cadeia de suprimentos.

O empreendimento, batizado de Purdue-P, é o passo natural que se segue à criação do primeiro processador probabilístico, um feito que a mesma equipe apresentou pouco mais de um ano atrás.

Bits probabilísticos

No final de 2019, a equipe da Purdue e da Universidade Tohoku, no Japão, demonstraram um processador probabilístico que trabalha com "p-bits" - bits probabilísticos - e que se mostrou capaz de resolver problemas de otimização que só se esperava poderem ser resolvidos por computadores quânticos e seus qubits.

Em termos gerais, os p-bits são como as probabilidades clássicas, só podendo conter números positivos. Já os qubits, governados por leis da mecânica quântica, podem assumir números negativos ou mesmo números complexos.

Blocos fundamentais de um computador probabilístico.
[Imagem: Brian Sutton et al. - 10.1109/ACCESS.2020.3018682]

"Mas existe um subconjunto útil de problemas solucionáveis com qubits que também podem ser resolvidos com p-bits. Você pode dizer que um p-bit é um 'qubit de pobre'," brincou o professor Thomas Duncan.

Por exemplo, se você quiser estudar a estrutura molecular da cafeína terá que lidar com o fato de que esse composto pode existir em 10⁴⁸ configurações atômicas (ou estados quânticos) diferentes. Um computador clássico, que processa apenas um estado quântico por vez, não consegue realizar os cálculos necessários para compreendê-la totalmente em tempo prático.

A saída é processar muitos estados de uma vez, como a natureza faz. Um computador quântico é o ideal, mas um computador probabilístico também serve - com a vantagem de que ele está sendo construído com hardware já disponível, parecendo estar muito mais à mão do que os computadores quânticos, que estão começando a fazer suas primeiras lições de tabuada.

Computação probabilística

Para justificar seus esforços, a equipe cita o famoso físico Richard Feynman, um dos idealizadores da nanotecnologia, que disse numa palestra em 1981: "Veja você, a natureza é imprevisível. Como você espera prevê-la com um computador? Podemos imaginar e ficar perfeitamente felizes, eu acho, com um simulador probabilístico de natureza probabilística, em que a máquina não faz exatamente o que a natureza faz [...] mas você obteria a probabilidade correspondente com a precisão correspondente."

Para comparação, ao menos teoricamente, um processador quântico "faz o que a natureza faz" porque os qubits são partículas quânticas, que se comportam como as partículas quânticas que formam tudo na natureza.

Desde a demonstração do hardware para um processador probabilístico, em 2019, a equipe já empregou a tecnologia de silício para emular um computador probabilístico com milhares de p-bits usando hardware convencional. Eles também publicaram vários artigos no ano passado sobre desenvolvimentos em direção à integração dos diversos componentes de hardware, modelando como fazer o sistema funcionar em uma escala maior e garantindo eficiência energética.

"O veredicto sobre a melhor implementação de um p-bit ainda não está estabelecido. Mas estamos mostrando o que funciona, para que possamos descobrir isso ao longo do caminho," disse o professor Joerg Appenzeller.

• Trocando a precisão do processador por economia de energia

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