By Kenna Hughes-Castleberry publicado em 28 de outubro de 2022
“Vemos o número de dispositivos quânticos na nuvem aumentando constantemente”, explicou o Dr. Gokul Subramanian Ravi, pesquisador de pós-doutorado na Universidade de Chicago. Ravi estudou computação quântica baseada em nuvem e até publicou um papel no serviço. “Alcançar uma vantagem quântica prática no futuro próximo exigirá uma coordenação harmoniosa, começando por aqueles que trabalham na pilha de aplicativos até aqueles que criam os hábitos reais. A computação quântica na nuvem está entre as etapas mais críticas para alcançar essa harmonia.” Como a nuvem oferece uma maneira para os usuários testarem, executarem e programa computadores quânticos remotamente, é uma opção atraente para muitas empresas de computação quântica investigarem. “No futuro próximo, a computação quântica não será um recurso computacional que não possa ser entregue localmente”, explicou Tushar Mittal, gerente sênior de produtos quânticos, em IBM Cloud. “Ele possui complexidades de gerenciamento que não existem na implantação da computação clássica, como calibrações ativas em ambientes criogênicos. Mesmo implantações locais não são caixas independentes – elas ainda são gerenciadas localmente para serviços de computação. Diante disso, a nuvem nos permite fornecer modelos de acesso mais intuitivos e flexíveis que podem fornecer acesso computacional aos usuários de forma escalável.” No entanto, devido à crescente demanda por serviços em nuvem, há tempos de espera e atrasos maiores na conclusão dos trabalhos. Isso significa que a computação quântica e a nuvem podem ter algumas melhorias a fazer antes de se tornarem mais amplamente adotadas.
A nuvem, um sistema de servidores de rede remota executados na Internet, oferece muitos serviços aos usuários. Do armazenamento aos projetos colaborativos, a nuvem é utilizada por muitas empresas em todo o mundo pela sua flexibilidade e versatilidade. A própria interface pode ser bastante complicada. “A principal importância é que o usuário entenda que a interface com um computador quântico requer outra linguagem de programação em comparação com os computadores em nuvem clássicos”, explicou QuTech Líder de Engenharia da Divisão de Computação Quântica, Richard Versluis. “Essa linguagem, na maioria dos casos uma linguagem assembly quântica (ou QASM), é escrita diretamente pelo usuário, compilada a partir de uma linguagem de nível superior ou um editor web especial, adequado para computadores quânticos, é usado para edição.” Só recentemente é que a computação quântica começou a aproveitar a nuvem, à medida que plataformas de empresas como a da Microsoft Azure Quântico, Zapata orquestra e Freio da AWS fornecer mais acessibilidade à computação quântica. “As máquinas quânticas são recursos escassos e caros”, afirmou Ravi. “No futuro imediato e intermediário, a expectativa é que a maioria dos usuários de máquinas quânticas, tanto da academia quanto da indústria, acessem máquinas quânticas por meio de ofertas em nuvem. Não apenas as máquinas na nuvem crescem constantemente em número, mas também são constantemente atualizadas em termos de suporte de software e capacidades de hardware para que os usuários possam realizar experimentos de ponta nos melhores sistemas que vários fornecedores têm a oferecer, o que é uma obrigação para o rápido avanço das fronteiras quânticas.” A capacidade da nuvem de tornar a computação quântica mais acessível pode influenciar a formação da futura força de trabalho quântica, à medida que mais indivíduos tenham acesso a isto: a tecnologia. Cursos como Qiskit da IBM oferecem oportunidades para os indivíduos interagirem com a computação quântica e a nuvem com resultados reais. Versluis acrescentou que: “Isso oferece acesso aos estudantes, mas também aos pesquisadores (das empresas). Também fornece um mecanismo para conectar computadores quânticos a outros computadores no mundo, como supercomputadores.”
A computação quântica baseada em nuvem oferece mais flexibilidade com modelos híbridos e permite aos usuários experimentar diferentes tipos de hardware de computação quântica. De acordo com Mittal: “Fora dos modelos de acesso flexíveis, a nuvem também abre uma maneira de fornecer serviços que permitem aos usuários usar serviços de computação quântica juntamente com a computação clássica e elástica para reprojetar fluxos de trabalho para melhor desempenho. Atualmente, a IBM está desenvolvendo ferramentas para permitir que os usuários experimentem a orquestração desses recursos e os métodos que exigem tais arquiteturas.”
Para aqueles que procuram aproveitar a tecnologia para os seus próprios negócios, a nuvem também pode ser uma forma de tornar a computação quântica mais acessível. Como explicou Ravi: “Uma melhor acessibilidade ainda só oferece facilidade de acesso às instituições que podem pagar. Embora a maioria dos fornecedores permita uma certa quantidade de acesso público gratuito, bem como créditos para pesquisas limitadas, isso muitas vezes é insuficiente para P&D completo para aqueles sem acesso privilegiado a dispositivos. Para que uma área emergente como a computação quântica tenha sucesso, precisaremos de extensa pesquisa e desenvolvimento em todo o mundo, e os fornecedores precisam ter isso em mente, especialmente porque a demanda continua a aumentar a cada dia.” Com mais empresas como D-Wave sistemas, oferecendo computação quântica e a nuvem, o número de computadores quânticos baseados em nuvem aumenta, permitindo mais opções para as partes interessadas escolherem e tornando as opções mais econômicas.
No entanto, a crescente procura por computação quântica baseada na nuvem também poderá ser a sua ruína. Os longos tempos de espera para a execução dos trabalhos criam um gargalo para determinadas plataformas. “Mesmo para usuários com algum nível de acesso privilegiado, os tempos de espera para acesso à máquina podem muitas vezes ser de muitas horas e às vezes até dias!” — exclamou Ravi. “Isso é especialmente verdadeiro para ofertas mais recentes, como máquinas de íons aprisionados, que são de alta qualidade, mas em número mais limitado.” Longos tempos de espera não só causam gargalos, mas podem ser especialmente prejudiciais para algoritmos mais complexos, como variacional algoritmos quânticos, que, como Ravi acrescentou: “são considerados promissores para mostrar vantagens quânticas no curto prazo. A execução de centenas ou milhares desses trabalhos sequenciais pode levar semanas.” Este intervalo de tempo é crítico para muitos, tanto na indústria como na investigação, uma vez que os seus empregos podem nem sequer ser relevantes no momento em que são processados na nuvem, criando mais dificuldades.
Existem muitos métodos que podem melhorar essas defasagens significativas. Uma delas é adicionar mais computadores quânticos à plataforma em nuvem. Tal como abrir outra caixa registadora numa fila de caixa, isto poderia dispersar mais empregos e criar tempos de espera mais curtos. Mittal acredita que os usuários precisam mudar suas expectativas em relação ao software. Como explicou Mittal: “O gerenciamento das expectativas de modelos de acesso e serviços que os usuários usam para consumir computação quântica evoluirá naturalmente à medida que a tecnologia e os recursos amadurecem. ”Mas Ravi acredita que uma solução precisa vir da própria plataforma. “As empresas começaram a oferecer suporte híbrido quântico clássico bem integrado na nuvem para que essas múltiplas execuções possam ser executadas como um trabalho de usuário único”, disse Ravi. “Um exemplo é o da IBM Tempo de execução do Qiskit, que está constantemente aumentando sua flexibilidade e suporte para suportar uma variedade de experimentos correspondentes a aplicações iterativas, mas ainda há um longo caminho a percorrer.”
Kenna Hughes-Castleberry é redatora da Inside Quantum Technology e comunicadora científica da JILA (uma parceria entre a University of Colorado Boulder e o NIST). Suas batidas de escrita incluem tecnologia profunda, metaverso e tecnologia quântica.
