The promise of quantum computers | Matt Langione

Transcriber:

Tradutor: Raissa Mendes Revisor: Custodio Marcelino

Quais se tornarão os maiores desafios do século 21?

Imagina-se que sejam a mudança climática, saúde pública, desigualdade,

What will the biggest challenges of the 21st century turn out to be?

mas a verdade é que ainda não sabemos.

O que sabemos

Today, one might guess climate change, public health, inequality,

é que a supercomputação vai ter de ser parte da solução.

but the truth is we don't yet know.

Por quase cem anos,

nossa dependência de computadores de alto desempenho

What we do know

is that supercomputing will have to be part of the solution.

em face de nossos desafios mais urgentes

aumentou cada vez mais.

For nearly a hundred years,

Desde decifrar códigos nazistas a sequenciar o genoma humano,

our reliance on high-performance computers

in the face of our most urgent challenges

os processadores de computador evoluíram

has grown and grown,

para atender demandas cada vez mais críticas e complexas,

from cracking Nazi codes to sequencing the human genome.

ficando menores, mais rápidos e melhores ano após ano,

Computer processors have risen to meet increasingly critical and complex demands

quase que por mágica.

Mas há um problema.

by getting smaller, faster and better year after year,

Enquanto nossa dependência do computador aumenta mais rápido do que nunca,

as if by magic.

o progresso no poder da computação

But there's a problem.

At the very moment that our reliance on computers is growing faster than ever,

está chegando a um impasse.

A magia está acabando.

O momento não poderia ser pior.

progress in compute power

Raramente falamos sobre isso,

is coming to a standstill.

mas, apesar de tudo que conquistamos com computadores,

The magic is just about spent.

resta um número surpreendente de coisas que eles ainda não podem fazer,

The timing couldn't be worse.

We rarely talk about it, but for all that we've accomplished with computers,

com um alto custo para os negócios e a sociedade.

there remain a startling number of things that computers still can't do,

O sonho do design computacional de drogas quase instantâneo, por exemplo,

ainda não se concretizou, quase 50 anos após sua concepção.

at a great cost to business and society.

The dream of near-instant computational drug design, for instance,

Isso nunca foi tão claro como agora,

quando o mundo está num estado de isolamento e paralisia,

has yet to come to fruition, nearly 50 years after it was first conceived.

enquanto aguardamos uma vacina para a COVID-19.

Never has that been clearer than now,

Mas a descoberta de medicamentos

é apenas uma das áreas em que pesquisadores estão restritos -

as the world sits in a state of isolation and paralysis,

as we await a vaccine for COVID-19.

e, em alguns casos, totalmente bloqueados -

pela inadequação até mesmo dos atuais supercomputadores mais rápidos,

But drug discovery is just one area in which researchers are beset --

colocando grandes limitações em áreas como mudança climática,

and in some cases, blocked entirely --

by the inadequacy of even today's fastest supercomputers,

e na criação de valor em áreas como finanças e logística.

putting great constraints in areas like climate change,

No passado,

podíamos contar com supercomputadores ficando melhores e mais rápidos,

and in value creation in areas like finance and logistics.

enquanto as peças ficavam cada vez menores a cada ano,

In the past,

mas isso acabou.

we could rely on supercomputers simply getting better and faster,

Por ora, estamos sendo confrontados com um rígido limite físico.

as parts got smaller and smaller every year,

Transistores se tornaram tão minúsculos

que estão se aproximando rapidamente do tamanho de um átomo.

but no longer.

For now, we're drawing up against a hard physical limit.

Tal estado de coisas suscita uma pergunta natural,

Transistors have become so minuscule

sobre a qual passei os últimos anos

that they're fast approaching the size of an atom.

incentivando líderes empresariais e formuladores de políticas a abordar:

Such a state of affairs invites a natural follow-up question,

se não os supercomputadores tradicionais,

and it's one that I've spent the last several years

que tecnologia vai surgir

encouraging business leaders and policy makers to address:

para nos equipar para os desafios do século 21?

If not traditional supercomputers,

Entra em cena a computação quântica.

what technology will emerge

Computadores quânticos como este

to arm us against the challenges of the 21st century?

prometem resolver a limitação atômica,

explorando propriedades subatômicas físicas

Enter quantum computing.

Quantum computers like this one

que nem eram conhecidas pelo homem cem anos atrás.

promise to address the atomic limitation

Mas como isso funciona?

A computação quântica permite o afastamento de duas grandes restrições

by exploiting subatomic physical properties

that weren't even known to man a hundred years ago.

da computação clássica de semicondutores.

Computadores clássicos operam de forma determinística:

How does it work?

Quantum computing enables a departure from two major constraints

tudo é sim ou não, ligado ou desligado, sem meio-termo.

of classical semiconductor computing.

Eles também operam em série; só conseguem fazer uma coisa de cada vez.

Classical computers operate deterministically:

everything is either yes or no, on or off, with no in between.

Os computadores quânticos operam probabilisticamente e, mais importante,

They also operate serially; they can only do one thing at a time.

operam simultaneamente, graças a três propriedades -

Quantum computers operate probabilistically, and most importantly,

superposição, entrelaçamento e interferência -

they operate simultaneously, thanks to three properties --

que lhes permitem explorar muitas possibilidades ao mesmo tempo.

Para ilustrar, imagine um computador tentando resolver um labirinto.

superposition, entanglement and interference --

which allow them to explore many possibilities at once.

O computador clássico faria isso esgotando todos os caminhos potenciais

To illustrate how this works, imagine a computer is trying to solve a maze.

em uma sequência.

Ao se deparar com um obstáculo no primeiro caminho,

simplesmente o elimina como solução,

The classical computer would do so by exhausting every potential pathway

volta a sua posição original

e tenta o caminho lógico seguinte,

in a sequence.

If it came across a roadblock on the first path,

e assim por diante, até encontrar a solução.

it would simply rule that out as a solution,

Um computador quântico poderia testar todos os caminhos

revert to its original position

and try the next logical path,

and so on and so forth until it found the right solution.

ao mesmo tempo

e, com efeito, resolver o labirinto em apenas uma tentativa.

A quantum computer could test every single pathway

at the same time,

Como costuma ocorrer,

muitos problemas complexos possuem essa qualidade labiríntica,

in effect, solving the maze in only a single try.

especialmente problemas de simulação e otimização,

As it happens,

alguns dos quais podem ser resolvidos exponencialmente mais rápido

many complex problems are characterized by this mazelike quality,

com um computador quântico.

especially simulation and optimization problems,

Mas há realmente vantagem nessa chamada aceleração quântica?

some of which can be solved exponentially faster

with a quantum computer.

Para acreditar que precisamos de supercomputadores mais rápidos,

But is there really value to this so-called quantum speedup?

precisamos acreditar que nossos problemas são realmente de natureza computacional.

In order to believe that we need faster supercomputers,

Acontece que muitos são, pelo menos em parte.

we need to first believe that our problems are indeed computational in nature.

Por exemplo, vejamos a produção de fertilizantes,

um dos problemas marcantes na ciência das mudanças climáticas.

It turns out that many are, at least in part.

A maioria dos fertilizantes é produzida hoje

For an example, let’s turn to fertilizer production,

pela fusão de nitrogênio e hidrogênio para produzir amônia,

one of the hallmark problems in the science of climate change.

que é o ingrediente ativo.

The way most fertilizer is produced today

O processo funciona,

mas apenas a um custo altíssimo

is by fusing nitrogen and hydrogen to make ammonia,

às empresas, que gastam de US$ 100 bilhões a US$ 300 bilhões por ano,

which is the active ingredient.

The process works,

e ao meio ambiente:

but only at a severe, a severe cost

3 a 5% do gás natural do mundo

to businesses, who spend 100 to 300 billion every year,

é gasto na síntese de fertilizantes

and to the environment:

todos os anos.

three to five percent of the world's natural gas

Então, por que os cientistas fracassaram em desenvolver

um processo mais eficiente?

is expended on fertilizer synthesis

A razão é que, para isso,

every single year.

So why have scientists failed to develop a more efficient process?

eles precisariam simular as interações moleculares labirínticas

que compõem o campo eletrostático do catalisador-chave, a nitrogenase.

The reason is that in order to do so,

they would need to simulate the mazelike molecular interactions

Na verdade, os cientistas sabem como fazer,

that make up the electrostatic field of the key catalyst, nitrogenase.

mas isso levaria 800 mil anos no supercomputador mais rápido do mundo.

Scientists actually know how to do that today,

Com um computador quântico completo,

but it would take 800,000 years on the world's fastest supercomputer.

em menos de 24 horas.

Para outro exemplo, vamos voltar à descoberta de medicamentos,

With a full-scale quantum computer,

um processo que a COVID-19 trouxe para bem perto da maioria de nós

less than 24 hours.

pela primeira vez.

For another example, let's return to drug discovery,

Projetar uma vacina para uma doença infecciosa como a COVID-19,

a process COVID-19 has brought into sharp focus for most of us

desde identificar os determinantes da doença,

for the very first time.

Designing a vaccine for an infectious disease like COVID-19,

até rastrear milhões de possíveis ativadores e inibidores,

é um processo que normalmente leva dez anos ou mais por medicamento,

from identifying the drivers of the disease,

to screening millions of candidate activators and inhibitors,

90% dos quais não passam nos testes clínicos.

is a process that typically takes 10 or more years per drug,

O custo para as farmacêuticas é de US$ 2 bilhões a 3 bilhões

por medicamento aprovado,

90 percent of which fail to pass clinical trials.

mas os custos sociais dos atrasos e das falhas são muito, muito maiores.

The cost to pharmaceutical companies is two to three billion dollars

Mais de 8 milhões de pessoas morrem todos os anos de doenças infecciosas.

per approved drug.

But the social costs of delays and failures are much, much higher.

Isso equivale a 15 vezes ao número de mortos durante os primeiros 6 meses

More than eight million people die every year of infectious diseases.

da pandemia de coronavírus.

Então, por que o design computacional de medicamentos frustou as expectativas?

That's 15 times as many people as died during the first six months

Novamente,

é uma questão de limitação de recursos computacionais, pelo menos em parte.

of the coronavirus pandemic.

So why has computational drug design failed to live up to expectations?

Se identificar o caminho de uma doença no corpo é como uma fechadura,

Again, it's a matter of limited computational resources, at least in part.

projetar um medicamento requer pesquisa através de um enorme espaço químico,

If identifying a disease pathway in the body is like a lock,

efetivamente um labirinto de estruturas moleculares,

designing a drug requires searching through a massive chemical space,

para encontrar o composto certo,

em outras palavras, uma chave que caiba na fechadura.

effectively a maze of molecular structures,

O problema é que rastrear toda a amplitude relevante do espaço químico

to find the right compound,

to find a key, in other words, that fits the lock.

e convertê-la num banco de dados pesquisável para projetar medicamentos

The problem is that tracing the entire relevant span of chemical space

levaria 5 trilhões de trilhões, trilhões, trilhões de anos

and converting it into a searchable database for drug design

no supercomputador mais rápido do mundo.

would take 5 trillion trillion, trillion, trillion years

E, num computador quântico, pouco mais de meia hora.

Mas a computação quântica não é apenas sobre triunfos no laboratório.

on the world's fastest supercomputer.

O fluxo do progresso e das indústrias de todo tipo estão atualmente bloqueados

On a quantum computer, a little more than a half hour.

But quantum computing is not just about triumphs in the lab.

por restrições computacionais discretas mas incontornáveis,

The flow of progress and industries of all kinds is currently blocked

que têm um impacto real nos negócios e na sociedade.

Para o que pode parecer um exemplo improvável, vejamos o caso dos bancos.

by discreet, but intractable computational constraints

E se os bancos pudessem emprestar mais livremente

that have a real impact on business and society.

para pessoas físicas, empreendedores e empresas?

For what may seem an unlikely example, let's turn to banks.

Um dos principais entraves hoje

What if banks were able to lend more freely

é que os bancos mantêm de 10 a 15% de ativos em reservas de caixa,

to individuals, entrepreneurs and businesses?

em parte porque suas simulações de risco possuem restrição de cálculo.

One of the key holdups today

is that banks keep 10 to 15 percent of assets in cash reserves,

Elas não conseguem responder por riscos globais ou de todo o mercado,

in part, because their risk simulations are compute constrained.

que são raros, mas graves e imprevisíveis.

Eventos “cisnes negros”, por exemplo.

They can’t account for global or whole-market risks that are rare

Mas vejam, 10 a 15% é muito dinheiro.

but severe and unpredictable.

Quando consideramos que, para cada redução de 1% nas reservas de caixa,

Black swan events, for example.

Now, 10 to 15 percent is a whole lot of money.

isso levaria a US$ 1 trilhão extra de capital investível.

When you consider that for every one-percent reduction in cash reserves,

Isso significa que, se os bancos se tornarem confiantes o suficiente

it would lead to an extra trillion dollars of investible capital.

com simulações de risco com tecnologia quântica

para reduzir as reservas de caixa para, digamos, 5 a 10% dos ativos,

What this means is that if banks ultimately became comfortable enough

o efeito seria como um estímulo do nível da COVID-19

with quantum-powered risk simulations

para indivíduos e empresas

to reduce cash reserves to, say, five to 10 percent of assets,

todos os anos.

the effect would be like a COVID-19-level stimulus

Uma vez que o poder transformador da computação quântica fique claro,

for individuals and businesses

a pergunta então se torna: quanto tempo devemos esperar?

every single year.

Once the transformative power of quantum computing is clear,

Os pesquisadores são cautelosos

quando perguntados sobre o cronograma da vantagem quântica.

the question then becomes: Well, how long must we wait?

Com toda razão, pois resta um número de obstáculos críticos a serem superados,

Researchers are cautious when asked about the timeline to quantum advantage.

e não apenas desafios de engenharia,

mas questões científicas fundamentais sobre a natureza da mecânica quântica.

Rightly so -- there remain a number of critical hurdles to overcome,

and not just engineering challenges,

Como resultado, podemos levar uma, duas ou mesmo três décadas

but fundamental scientific questions about the nature of quantum mechanics.

antes de os computadores quânticos amadurecerem completamente.

Com base nisso, alguns executivos com quem conversei chegaram à conclusão

As a result, it may be one, two, even three decades

de que podem se dar ao luxo de esperar, que conseguem adiar o investimento.

before quantum computers fully mature.

Acredito que isso seja realmente um erro,

Some executives that I've spoken with have come to the conclusion on this basis

pois, enquanto algumas tecnologias

se desenvolvem de maneira sólida, segundo as leis da causalidade cumulativa,

that they can afford to wait,

that they can afford to postpone investing.

I believe this to be a real mistake,

muitas surgem como avanços precipitados,

for while some technologies develop steadily,

quase da noite para o dia, desafiando qualquer cronograma previsto.

according to the laws of cumulative causation,

A computação quântica é uma candidata a tal avanço,

many emerge as precipitous breakthroughs,

almost overnight defying any timeline that could be drawn out in advance.

já tendo alcançado uma série de marcos críticos

décadas antes do previsto.

Quantum computing is a candidate for just such a breakthrough,

No final dos anos 1980, por exemplo,

muitos pesquisadores pensavam que a base da computação quântica,

having already reached a number of critical milestones

decades ahead of schedule.

o qubit,

levaria cem anos para ser construído.

In the late 80s, for example,

many researchers thought that the basic building block of quantum computing,

Dez anos depois, ele chegou.

Agora a IBM possui quase 500 qubits em 29 máquinas,

the qubit,

would take a hundred years to build.

disponíveis para clientes e pesquisa.

Ten years later, it arrived.

Now IBM has nearly 500 qubits across 29 machines,

Isso significa que devemos nos preocupar menos

sobre computadores quânticos chegarem tarde demais

available for client use and research.

e mais sobre eles chegarem cedo demais,

What this means is that we should worry less

antes de os preparativos necessários serem feitos.

about quantum computers arriving too late

Para citar um físico vencedor do prêmio Nobel:

and more about them arriving too soon,

“Os computadores quânticos são mais diferentes dos computadores atuais

before the necessary preparations have been made.

For to quote one Nobel prize winning physicist,

do que os computadores atuais

do ábaco”.

"Quantum computers are more different from current computers

Vai levar tempo para fazer as integrações de fluxo de trabalho necessárias.

than current computers are

Vai levar tempo para atrair o talento certo.

from the abacus."

Mais importante,

It'll take time to make the necessary workflow integrations.

vai levar tempo, sem falar em visão e imaginação,

It'll take time to onboard the right talent.

para identificar e definir o escopo de problemas de alto valor

Most importantly,

it'll take time, not to mention vision and imagination,

para computadores quânticos resolverem para seu negócio.

Os governos já estão investindo fortemente em tecnologias quânticas -

to identify and scope high-value problems

US$ 15 bilhões entre China, Europa e EUA.

for quantum computers to tackle for your business.

Governments are already investing heavily in quantum technologies --

E as empresas estão seguindo o exemplo.

Mas, para acelerar a inovação, agora é necessário

15 billion dollars among China, Europe and the US.

investimento empresarial no desenvolvimento de casos de uso,

And VCs are following suit.

na incorporação de talentos

But what's needed now to accelerate innovation

e em experimentos com computadores quânticos reais

is business investment in developing use cases,

que estão disponíveis hoje.

Num mundo como o nosso,

in onboarding talent

as exigências da inovação não podem ser deixadas para depois.

and on experimenting with real quantum computers

Os líderes têm de agir agora,

that are available today.

pois os avanços dos processadores que impulsionaram a inovação

In a world such as ours,

the demands of innovation can't be put off for another day.

por quase 70 anos estão destinados a parar no meio do caminho.

Leaders must act now,

A corrida para uma nova era de magia e supercomputação já está em andamento.

for the processor speedups that have driven innovation for nearly 70 years

E não podemos nos dar ao luxo de perder essa corrida.

are set to stop dead in their tracks.

The race toward a new age of magic and supercomputing is already underway.

Os computadores quânticos estão na “pole position”;

são os carros prontos para vencer.

It's one we can't afford to lose.

Obrigado.

Quantum computers are in pole position. They're the car to beat.

Thank you.