O engenheiro elanãtrico William Oliver desenvolve tecnologia para permitir a computaa§a£o qua¢ntica confia¡vel em escala.

O engenheiro elanãtrico do MIT, William D. Oliver, desenvolve a tecnologia fundamental para habilitar computadores qua¢nticos confia¡veis ​​em escala. Créditos:Imagem: Adam Glanzman
Foi a música que despertou a paixa£o de toda a vida de William Oliver por computadores.
Crescendo na regia£o de Finger Lakes, em Nova York, ele era um a¡vido tecladista. “Mas entrei na escola de música sobre vozâ€, diz Oliver, “porque era um pouco mais fa¡cilâ€.
Mas uma vez na escola, primeiro na State University of New York em Fredonia e depois na University of Rochester, ele dificilmente se esquivou de um desafio. “Estava estudando tecnologia de gravação de som, o que me levou ao processamento digital de sinaisâ€, explica Oliver. “E isso me levou aos computadores.†Vinte e cinco anos depois, ele ainda estãopreso a eles.
Oliver, um professor associado recanãm-nomeado no Departamento de Engenharia Elanãtrica e Ciência da Computação do MIT, estãoconstruindo uma nova classe de computador - o computador qua¢ntico - com o potencial de melhorar radicalmente a forma como processamos informações e simulamos sistemas complexos. A computação qua¢ntica ainda estãoem seus primeiros dias, e Oliver pretende ajudar a conduzir o campo para fora do laboratório e para o mundo real. “Nossa missão éconstruir as tecnologias fundamentais necessa¡rias para aumentar a escala da computação qua¢nticaâ€, diz ele.
De costa a costa e de volta
A primeira parada de Oliver no MIT foi como aluno de mestrado no Media Lab com o consultor Tod Machover. Seu projeto interativo Brain Opera uniu o amor de Oliver por música e computação. Oliver orquestrou as vozes dos usuários com uma "arpejo anganãlica de cordas e um coro" gerada por computador. O projeto foi instalado no museu Haus der Musik em Viena. “Foi um projeto de mestrado fanta¡stico. Eu realmente adorei â€, diz Oliver. “Mas a questãoera 'ok, o que eu faa§o a seguir?'â€
Ansioso por um novo desafio, Oliver escolheu explorar pesquisas mais fundamentais. “Achei a meca¢nica qua¢ntica realmente intrigante e interessanteâ€, diz Oliver. Então, ele viajou para a Universidade de Stanford para obter um PhD estudando a³ptica qua¢ntica usando elanãtrons livres. “Sinto-me muito feliz por poder fazer esses experimentos, que quase não tem aplicação prática , mas que me permitiram pensar muito profundamente sobre a meca¢nica qua¢nticaâ€, diz ele.
O timing de Oliver também foi bom. Ele estava se aprofundando na meca¢nica qua¢ntica exatamente quando o campo da computação qua¢ntica estava emergindo. Um computador cla¡ssico, como o que vocêestãousando para ler esta história, armazena informações em bits binários, cada um dos quais contanãm um valor de 0 ou 1. Em contraste, um computador qua¢ntico armazena informações em qubits, cada um dos quais pode conter um 0, 1 ou qualquer combinação simulta¢nea de 0 e 1, graças a um fena´meno de meca¢nica qua¢ntica chamado superposição. Isso significa que os computadores qua¢nticos podem processar informações muito mais rápido do que os computadores cla¡ssicos, em alguns casos completando tarefas em minutos, enquanto um computador cla¡ssico levaria milaªnios - pelo menos em teoria. Quando Oliver estava concluindo seu PhD, a computação qua¢ntica era um campo em sua infa¢ncia, mais ideia do que realidade. Mas Oliver percebeu o potencial da computação qua¢ntica,
O dilema qubit
Os computadores qua¢nticos são frustrantemente inconsistentes. Isso ocorre em parte porque esses estados de superposição de qubit são fra¡geis. Em um processo chamado decoeraªncia, os qubits podem errar e perder suas informações qua¢nticas devido a menor perturbação ou defeito do material. Em 2003, Oliver assumiu um cargo no Lincoln Laboratory do MIT para ajudar a resolver problemas como a decoeraªncia. Seu objetivo, com os colegas Terry Orlando, Leonya Levitov e Seth Lloyd, era desenvolver sistemas de computação qua¢ntica confia¡veis ​​que pudessem ser ampliados para uso prático. “A computação qua¢ntica estãopassando da curiosidade cientafica para a realidade técnicaâ€, diz Oliver. “Sabemos que funciona em pequena escala. E agora estamos tentando aumentar o tamanho dos sistemas para que possamos resolver problemas que sejam realmente significativos. â€
Mesmo os naveis de radiação de fundo podem desencadear a decoeraªncia em meros milissegundos. Em um recente Natureza papel , Oliver e seus colegas, incluindo professor de física Joe Formaggio, descreveu este problema e propa´s formas de qubits abrigo de danificar a radiação, como protegendo-os com chumbo.
Ele éra¡pido em enfatizar o papel da colaboração na solução desses desafios complexos. “A engenharia desses sistemas qua¢nticos em ma¡quinas aºteis e de maior escala exigira¡ quase todos os departamentos do Institutoâ€, afirma Oliver. Em sua própria pesquisa, ele constra³i qubits a partir de circuitos elanãtricos em alumanio que são super-resfriados a apenas um pouquinho mais quente que o zero absoluto. Nessa temperatura, o sistema perde resistência elanãtrica e pode ser usado como um oscilador anarma´nico que armazena informações qua¢nticas. Projetar um sistema tão intrincado para processar informações de forma confia¡vel significa “precisamos trazer muitas pessoas com seus pra³prios talentosâ€, diz Oliver.
“Por exemplo, os cientistas de materiais tera£o muito a dizer sobre os materiais e os defeitos nassuperfÍciesâ€, acrescenta. “Os engenheiros elanãtricos tera£o algo a dizer sobre como fabricar e controlar os qubits. Cientistas da computação e matema¡ticos aplicados tera£o algo a dizer sobre os algoritmos. Quamicos e bia³logos conhecem os problemas difaceis de resolver. E assim por diante." Quando ele ingressou no Lincoln Laboratory, Oliver diz que apenas dois funciona¡rios da Lincoln estavam focados em tecnologias qua¢nticas. Esse número agora ultrapassa 100.
Em 2015, Oliver fundou o grupo Engineering Quantum Systems (EQuS) para se concentrar especificamente na tecnologia de qubit supercondutores. Ele também éLincoln Laboratory Fellow, diretor do Center for Quantum Engineering do MIT e diretor associado do Laborata³rio de Pesquisa de Eletra´nica.
Um futuro qua¢ntico
Oliver prevaª um papel cada vez maior para a computação qua¢ntica. O Google já demonstrou que, para uma tarefa especafica, um computador qua¢ntico de 53 qubit pode ultrapassar em muito atémesmo o maior supercomputador do mundo, que possui quatrilhaµes de transistores. “Foi como o voo em Kitty Hawkâ€, diz Oliver. "Ele decolou."
No curto prazo, Oliver acredita que os computadores qua¢nticos e cla¡ssicos podem funcionar como parceiros. A ma¡quina cla¡ssica se agitaria atravanãs de um algoritmo, despachando ca¡lculos específicos para o computador qua¢ntico executar antes que seus qubits descomponham. A longo prazo, Oliver diz que os ca³digos de correção de erros podem permitir que os computadores qua¢nticos funcionem indefinidamente, mesmo que alguns componentes individuais continuem com defeito. “E éaa que os computadores qua¢nticos sera£o basicamente universaisâ€, diz Oliver. “Eles sera£o capazes de executar qualquer algoritmo qua¢ntico em grande escala.†Isso poderia permitir simulações amplamente aprimoradas de sistemas complexos em campos como biologia molecular, química qua¢ntica e climatologia.
Oliver continuara¡ a empurrar a computação qua¢ntica em direção a essa realidade. “Ha¡ conquistas reais acontecendoâ€, diz ele. “Ao mesmo tempo, do lado tea³rico, existem problemas reais que poderaamos resolver se tivanãssemos um computador qua¢ntico grande o suficiente.†Enquanto focado em sua missão de expandir a computação qua¢ntica, Oliver não perdeu sua paixa£o pela música. Embora, ele diga que raramente canta hoje em dia: “Sa³ no chuveiroâ€.