Chip quântico Willow do Google demonstra vantagem quântica verificável em hardware

• "Um grande passo rumo às aplicações reais da computação quântica: o algoritmo ‘Quantum Echoes’ do Google"
• O algoritmo Quantum Echoes roda no chip quântico Willow do Google e foi apresentado como o primeiro caso do mundo de vantagem quântica verificável (Verifiable)
• Esse algoritmo pode calcular estruturas moleculares e simular sistemas da natureza, mostrando desempenho 13.000 vezes superior ao dos supercomputadores mais rápidos atuais
• O Quantum Echoes funciona medindo o retorno do ‘eco’ de sinais quânticos, amplificando interferências sutis para possibilitar cálculos extremamente precisos
• Em experimentos realizados em colaboração com a UC Berkeley, ele previu com precisão a geometria de moléculas e também capturou informações sobre distâncias entre moléculas que não podiam ser obtidas com métodos convencionais de NMR
• O resultado é avaliado como um ponto de virada importante para a entrada da computação quântica em áreas industriais reais, como desenvolvimento de fármacos, ciência dos materiais e pesquisa em fusão nuclear

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Surgimento e significado do algoritmo Quantum Echoes

• Com esta pesquisa, o Google demonstrou que um computador quântico pode superar supercomputadores ultrarrápidos e ainda permitir a verificação dos resultados
  • Isso não significa apenas “supremacia quântica (Quantum Supremacy)”, mas sim um cálculo ‘verificável’, no qual o mesmo resultado pode ser reproduzido em experimentos repetidos
• O algoritmo OTOC (Out-of-Time-Order Correlator) implementado no chip Willow funciona avançando o sinal, perturbando um qubit e depois revertendo o processo para medir o ‘eco’
  • O efeito de interferência quântica (constructive interference) amplifica o sinal e permite detectar até mudanças muito pequenas
• O chip Willow usa um arranjo de 105 qubits e realiza essa medição precisa com baixa taxa de erro e alta velocidade de processamento

O chip Willow e sua base técnica

• O Willow é o chip quântico mais recente anunciado pelo Google em 2024 e uma plataforma que resolveu um desafio de cerca de 30 anos ao melhorar bastante as técnicas de supressão de erros
• No benchmark anterior de Random Circuit Sampling, o Willow já havia comprovado alto desempenho ao maximizar a complexidade do estado quântico
• O Quantum Echoes não é um experimento simples de complexidade, mas uma nova forma de computação que modela experimentos físicos, um teste desafiador que exige verificar tanto a precisão quanto a complexidade

Cálculo de estruturas moleculares e validação experimental

• Google e UC Berkeley realizaram em conjunto um experimento de cálculo de geometria molecular com base quântica
  • O algoritmo Quantum Echoes foi aplicado a duas moléculas compostas por 15 e 28 átomos
  • Além de coincidir com os resultados convencionais de NMR (ressonância magnética nuclear), o método também produziu novas informações sobre distâncias entre moléculas que eram impossíveis de observar com técnicas anteriores
• Com isso, foi demonstrado que o Quantum Echoes pode se tornar uma nova ferramenta para medir estruturas como uma ‘régua molecular’
  • Em especial, há grande potencial de uso na análise de novos materiais, como estruturas de ligação de fármacos, materiais para baterias e polímeros

Avanço rumo a aplicações reais

• Este resultado é visto como o primeiro sinal de que computadores quânticos podem começar a abordar problemas industriais reais em áreas como medicina, ciências da vida e pesquisa de materiais
• O Quantum Echoes é um caso prático que mostra que máquinas quânticas podem modelar com precisão as interações da natureza
  • Ex.: análise da estrutura de ligação entre um candidato a fármaco e uma proteína, ou identificação do arranjo molecular de novos materiais condutores
• Atualmente, o Google avança em direção ao ‘Milestone 3’, isto é, à implementação de qubits lógicos (logical qubit) com longa vida útil
  • Esse é um passo essencial para o desenvolvimento futuro de um computador quântico totalmente corrigido contra erros

Perspectivas futuras

• O Quantum Echoes fica registrado como o primeiro estudo a demonstrar ao mesmo tempo os três elementos da computação quântica: precisão, reprodutibilidade e aplicabilidade
• Com esta pesquisa, o Google apresenta o conceito de “quantum-scope”, sugerindo a possibilidade de uma nova ferramenta para explorar fenômenos naturais antes impossíveis de observar
• Esse avanço é avaliado como um ponto de inflexão que sinaliza a transição da tecnologia quântica da fase de laboratório para a fase de aplicação industrial

[GN⁺]

Comentários do Hacker News

• Como alguém que tem Bitcoin, fiquei bastante preocupado com o avanço dos computadores quânticos ao assistir a uma palestra da DEFCON(https://www.youtube.com/watch?v=OkVYJx1iLNs)
  • Certos esquemas de criptografia de chave pública são vulneráveis a algoritmos quânticos, mas partes centrais da blockchain do Bitcoin não são afetadas diretamente. Mesmo para quebrar uma única chave privada com um computador quântico seriam necessários dias ou semanas, então haveria aviso prévio suficiente. Mas a segurança de mensagens com criptografia de ponta a ponta, como WhatsApp e Signal, é um ponto ainda mais preocupante. Mensagens coletadas em trânsito podem ser decifradas no futuro, então é melhor migrar rapidamente para criptografia mais forte. O Signal fez recentemente um avanço importante nessa área (https://arstechnica.com/security/2025/10/why-signals-post-quantum-makeover-is-an-amazing-engineering-achievement/) (https://arxiv.org/pdf/2505.15917)
  • A ameaça da computação quântica já é um problema amplamente reconhecido. Há tempo suficiente para resolver isso, e trabalhos de mitigação estão em andamento no mundo todo. Se você está preocupado com ataques criptográficos quânticos, então não é só a criptomoeda que está em risco: bancos, contas de corretagem, e-mail, SMS e praticamente todos os serviços digitais também estariam
  • Toda vez que mencionei que a computação quântica representa uma ameaça à segurança das criptomoedas, sempre recebi muita resistência. É nesses momentos que dá para sentir quantos HODLers existem por aí. No fim, investir em criptomoedas é, em certa medida, apostar na viabilidade da computação quântica
• A palavra “verifiable” significa algo como “é só executar duas vezes e sair o mesmo resultado”? Pelo que entendo, verificação quântica significa que a mesma resposta pode ser reproduzida repetidamente nesse computador quântico ou em outro equivalente, ganhando assim confiabilidade
  • Pelo que sei, “verificabilidade” significa que deve ser possível provar teoricamente até para um cético que use apenas computadores clássicos que o dispositivo quântico funcionou corretamente. É algo que exige evidências rigorosas, como em Mahadev(https://arxiv.org/abs/1804.01082) e Aaronson(https://arxiv.org/abs/2209.06930). Experimentos anteriores de RCS não tinham essa capacidade, então, se isto for mesmo “vantagem quântica verificável”, seria um avanço enorme, mas o artigo não fala muito disso. Ao contrário do comunicado de imprensa, parece mais apresentar uma “direção promissora” do que demonstrar vantagem de fato
  • Em nenhum ponto do artigo o próprio conceito de “verifiability” é tratado de forma clara. Pelo que entendi, experimentos anteriores de vantagem quântica envolviam amostragem de distribuições de probabilidade complexas, algo difícil de verificar corretamente. Já neste experimento, os valores medidos saem como números bem definidos, que podem ser comparados diretamente com outros sistemas experimentais ou computadores, então os próprios valores medidos são comparáveis. Só que, nos experimentos anteriores, os valores esperados das amostras ficavam todos perto de 0, o que dificultava a observação na prática. Vale dizer que essa interpretação é um palpite meu, já que não há explicação oficial
  • Significa ir além do nível “funciona na minha máquina” e mostrar que o algoritmo funciona de forma consistente em vários computadores quânticos
  • O ponto central deste experimento é que seria o primeiro caso em que a “supremacia quântica” foi verificada. Há uma passagem no texto dizendo: “Pela primeira vez na história, um computador quântico executou com sucesso um algoritmo verificável que supera a capacidade de supercomputadores”
  • Significa repetir N vezes, ou seja, não apenas executar duas vezes
• Quando vejo frases como “13.000 vezes mais rápido que o supercomputador mais rápido”, “verificação quântica significa obter consistentemente o mesmo resultado em nosso computador ou em outro equivalente” e “os resultados coincidiram com o NMR e ainda revelaram informação adicional que o NMR não conseguia mostrar”, parece que finalmente foi demonstrada uma vantagem quântica de verdade
  • Numa leitura rápida do artigo, “informação normalmente inacessível por NMR” parece significar o cálculo do Jacobiano e da Hessiana do Hamiltoniano. Em outras palavras, só de executar o experimento quântico já dá para simular diretamente a dinâmica do sistema. Jacobiano e Hessiana são matrizes de derivadas de primeira e segunda ordem em relação a todos os parâmetros
• Gostaria de ouvir a opinião de especialistas em computação clássica sobre este resultado e essas alegações. Já houve outras declarações de vantagem quântica no passado, e depois outra equipe apareceu com algoritmos clássicos otimizados e resultados melhores
• Compartilhando informações sobre os artigos relacionados
  Artigo da ideia: Quantum Computation of Molecular Structure Using Data from Challenging-To-Classically-Simulate Nuclear Magnetic Resonance Experiments(https://journals.aps.org/prxquantum/abstract/10.1103/PRXQuantum.3.030345).
  Verificação dos resultados em outro computador quântico(ainda não aconteceu): Observation of constructive interference at the edge of quantum ergodicity(https://www.nature.com/articles/s41586-025-09526-6)
• Ainda estou curioso se este resultado continua sendo essencialmente um problema de RCS ou algo parecido. Pelo que sei, o que os computadores quânticos conseguem fazer hoje no fim das contas converge para “simular o próprio computador quântico”
  • O famoso experimento anterior de random circuit sampling (RCS) é bem diferente deste. O resultado do RCS é uma bitstring aleatória sem criptografia, então muda a cada execução. Como há aleatoriedade, não existe repetibilidade e, na prática, também não há muito conteúdo interessante ali (o ponto é apenas que só um computador quântico consegue gerá-la de forma eficiente). Neste experimento, você pode obter o mesmo resultado a cada execução, e como ele usa circuitos estruturados, o controle é muito maior. Como bônus, há uma ligação com espectroscopia molecular, então, embora ainda em pequena escala, já aparece um sinal de aplicação potencialmente útil no futuro (mais útil do que gerar bitstrings aleatórias)
  • Este experimento não é um problema de RCS nem algo ligado à teoria dos números. A apresentação trata de um algoritmo chamado “Quantum Echoes”. Depois de configurar o experimento, um qubit é perturbado e se observa o “eco” em todo o sistema. Com isso, eles replicaram um experimento clássico de uma área que antes era feita com NMR e ainda conseguiram obter dados difíceis de alcançar pelos métodos tradicionais
• Isto parece, desta vez, um tipo de computação realmente útil; fico me perguntando em que ele difere dos resultados anteriores
  • No mundo real, isso ainda continua sendo totalmente inútil. E também não dá para dizer que seja realmente verificável
• Pelo que sei, chips quânticos só conseguem executar parte dos algoritmos por causa do limite de portas implementáveis. Fico curioso se um chip quântico é realmente um computador universal
• Já vi várias vezes, inclusive da própria Google, anúncios do tipo “demonstramos em hardware o primeiro algoritmo da história a alcançar vantagem quântica verificável”
  • Desta vez o ponto principal é o “verificável”. Ou seja, um cálculo que levaria tempo demais classically foi reproduzido em um computador quântico com resultados consistentes e repetíveis. Já em casos como RCS, a saída muda a cada vez, então não há como verificar
  • Se for verdade, é mais ou menos o resultado esperado. A própria vantagem quântica é um espectro que vai de “comparação com a melhor resposta clássica que conseguimos obter usando todos os recursos e técnicas disponíveis” até “uma saída útil formalmente verificável”
  • Só da Google, esta já seria a terceira vez
  • Desta vez isso foi anunciado junto com um artigo na Nature, então pode ter um significado diferente dos anteriores(https://www.nature.com/articles/s41586-025-09526-6)
• Não sou especialista em quântica, mas tenho a sensação de que esse tipo de notícia já aparece há mais de 10 anos sem gerar resultados realmente úteis
  • Para captar verba de pesquisa em física, isso é excelente. Mesmo que não tenha utilidade, ainda acho melhor do que gastar com política ou custos de vigilância
  • Também não sou especialista, então seria ótimo se alguém complementasse. Pelo meu entendimento, tudo ainda está numa fase inicial. Só provar que algoritmos quânticos são possíveis já tem grande valor. (Parece ser essa a alegação desta matéria.) Se isso de fato foi demonstrado, o próximo passo é ter mais qubits, mais pares emaranhados e taxas de erro menores para aplicar isso a problemas reais. Esses anúncios em geral provavelmente são verdadeiros, mas dentro de um escopo “muito pequeno”. Seria como anunciar: “desenvolvemos um algoritmo de fatoração 10 mil vezes mais rápido que o atual!”, quando na prática ele só consegue fatorar até 103
  • Quando empresas se movem pelo lucro, em vez de reputação científica real ou pesquisa adicional, acabam produzindo propaganda exagerada para investidores e acionistas. Essas alegações sensacionalistas miram acionistas interessados apenas em ganhos futuros e sem capacidade de avaliar o conteúdo real. É um fenômeno natural quando se deixa a ciência nas mãos de empresas