Para muitos de nós, os computadores sempre foram uma série de zeros e uns. Havia um tipo de computação – eram bits e bytes e aprendemos a aceitar isso. Era lógica, pura e simples.

Quando a computação quântica entrou na conversa, ficamos em pânico. O que diabos era um qubit? Poderíamos pensar, em vez de zeros e uns, em termos de valores que são simultaneamente ambos, e não e ou, zeros e uns, todos ao mesmo tempo?

Certamente que não.

Ruti Ben Shlomi passou seus anos acadêmicos fazendo exatamente isso. Criar computadores quânticos do zero e, finalmente, decidir que valia a pena perseguir uma solução diferente.

Depois de conhecer o futuro CTO Chene Tradonsky no Weizmann Institute of Science, os dois perceberam que a computação baseada em laser tinha espaço no mercado e decidiram criar uma startup.

Fundada em 2020, a LightSolver recebeu investimentos da TAL Ventures, Entree Capital, IBI Tech Fund e Angular Ventures. O computador baseado em laser em si é pequeno – aproximadamente o mesmo tamanho de um computador desktop tradicional e parece semelhante a um servidor padrão – e opera com baixos requisitos de energia e à temperatura ambiente.

Essa reportagem foi publicada na edição 50 da DCD Magazine. Leia gratuitamente aqui.

Por enquanto, uma unidade virtual de processamento baseada em laser (LPU) está disponível em um estágio 'alfa', enquanto as unidades físicas LPU devem estar disponíveis para encomenda no final deste ano.

“Estamos desenvolvendo um computador full-stack. Temos três camadas, então sabemos como pegar o problema do cliente, traduzi-lo com nossos desenvolvedores de algoritmos e levá-lo ao laser”, explicou Ben Shlomi.

A maneira como ela o descreve – e eu sinto que ela simplificou um pouco para me ajudar – é como um modelo matemático (um problema quadrático de otimização binária irrestrita – também conhecido como QUBO) com “receitas” dizendo como falar com o laser.

“Uma vez que temos essa matriz com todos os giros e as conexões, sabemos como colocá-los em um dispositivo eletro-óptico que temos dentro do sistema, e então ligamos os lasers. Os lasers, começando com um dentro da cavidade muito pequena, interagem uns com os outros, computando e processando o problema e encontrando muito rapidamente uma solução, de modo que então só precisamos detectá-lo com uma câmera muito simples e podemos traduzi-lo de volta para o cliente”.

A solução é particularmente única devido à falta de eletrônica construída no interior. Isso também significa que o sistema pode ser compacto, com baixos requisitos de energia e a capacidade de operar à temperatura ambiente; notavelmente diferente dos computadores quânticos que precisam ser mantidos perto dos 273,15°C negativos, também conhecido como zero absoluto.

De acordo com Ben Shlomi, a falta de eletrônicos também significa que o computador é mais rápido, pois não é limitado pela velocidade em que esses eletrônicos podem funcionar.

A solução é descrita como baseada em quantum, e certamente alguns “elementos” do processo lembram o de um computador quântico, mas o brilho de uma semelhança é o mais perto que chega.

Na verdade, o computador é completamente clássico, explicou Ben Shlomi quando perguntada como ele é diferente de um computador quântico fotônico.

“Não estamos usando células de fótons únicos, estamos usando lasers e diodos completamente simples – estamos usando esses lasers, que são equações de onda clássicas, e todos eles estão interagindo. O sistema tem superposições – que permitem que as coisas existam em vários “estados” ao mesmo tempo, mas isso não é exclusivo dos computadores quânticos. Neste caso, é um efeito direto dos dois lasers se impondo um ao outro”.

Há também alguns efeitos de interferência, mas o LPU os transfere para uma linguagem de bits. Quando se trata de computação – você está sempre procurando uma solução. Muitas vezes, a primeira solução a que se chega não é “ideal”, e diferentes tipos de computadores têm diferentes maneiras de refinar e melhorar isso.

“Então, com a computação clássica, você pode adicionar ruído e, em seguida, você pode superar a barreira e continuar a busca e, é o que esperamos, encontraremos uma solução melhor do que a que você encontrou antes”, disse Ben Shlomi.

“Em termos quânticos, talvez você possa fazer isso. É com isso que os computadores quânticos estão contando. Mas nós [computação baseada em laser] não estamos fazendo tunelamento porque não temos emaranhamento, não temos efeitos quânticos, mas temos superposição”.

“O que isso significa? Que, de certa forma, todos os lasers estão interagindo uns com os outros e estão escaneando todas as possibilidades de uma só vez em uma única foto. Porque eles podem interferir onde a eletrônica não pode. Você não pode pegar 1.000 fios com todas as conexões e processar um problema como esse, mas com lasers você pode fazer isso em um único domínio espacial”.

Por causa disso, o LPU é bom para problemas NP-hard (polinômio não-determinístico complexo), ou seja, problemas extremamente complexos que são difíceis de resolver e difíceis de verificar se a solução encontrada está correta.

Um exemplo de um problema NP-hard (e otimização combinatória) que o LPU pode ser capaz de resolver é o Problema do Caixeiro Viajante (TSP). Um cálculo matemático de longa data, o TSP é resolvido encontrando o caminho mais rápido para um caixeiro-viajante que tem que visitar x quantidade de cidades de distâncias variadas umas das outras enquanto visita cada cidade apenas uma vez.

Se o valor x fosse de três cidades: isso seria relativamente simples. Todos nós poderíamos descobrir a maneira mais lógica de viajar de São Francisco para Los Angeles e depois para o Texas, e de volta. Mas quando o número de cidades começa a aumentar, as possibilidades se tornam muitas para calcular em um tempo razoável – ou, como diz Ben Shlomi – “tente fazer isso em um GPU e isso levará você até o fim do universo”.

O LPU é ideal para lidar com uma situação como essa, por causa do efeito de superposição dos lasers. Ele pode calcular várias variações simultaneamente. “Ele [o TSP] é exatamente um problema que você pode carregar para o LPU. O que é tão único nisso é que ele vai escanear todas as possibilidades, mesmo que você esteja falando de 50 cidades, significa apenas que precisamos de 2.500 giros porque são 50 quadrados, e 2.500 é um número que podemos alcançar e convergir uma solução muito rápido, não a idade do Universo”.

LPUs também podem ser usados para problemas de computação mais tradicionais e simplistas. Mas, como explicado por Ben Shlomi, se isso é tudo o que você precisa fazer, é muito mais lógico apenas usar um computador normal. Isso seria usar tecnologia superqualificada para esse problema.

Em última análise, o futuro da computação ainda está um pouco no ar. O progresso está sendo feito nos computadores quânticos todos os dias, e os computadores clássicos continuam a ficar mais poderosos, mesmo quando o ponto de ruptura para o progresso parece se aproximar cada vez mais.

Apesar de ser uma solução computacional clássica, a concorrência do LightSolver vem principalmente dos computadores quânticos – que alguns dos maiores nomes da computação estão explorando, incluindo a IBM. Mas, mais especificamente, computadores quânticos fotônicos.

A solução LightSolver não é um computador quântico fotônico – Ben Shlomi deixou isso muito claro, mas é de inspiração quântica, e há semelhanças óbvias entre a unidade de processamento baseada em laser e a de soluções quânticas fotônicas, como as oferecidas pela OrcaComputing, PsiQuantum e Xanadu Quantum Technologies.

Muitas dessas soluções exigem que o computador quântico seja mantido em um ambiente de zero absoluto para operar, mas outras começaram a superar esse problema. A IonQ, uma empresa de computadores quânticos de íons presos, usa resfriamento a laser Doppler que tem como alvo átomos individuais, o que significa que o computador pode ser operado à temperatura ambiente.

Da mesma forma, a Quantum Brilliance estabeleceu com sucesso um acelerador quântico que pode ser implantado em ambientes de temperatura ambiente, neste caso usando centros de vacância de nitrogênio em diamantes sintéticos, efetivamente criando um defeito na estrutura do diamante e permitindo o uso de sua capacidade de fotoluminescência para ler os estados de spin dos qubits.

Se a computação baseada em laser e a computação quântica terão sucesso e longevidade contínuos, dependerá da capacidade de ambas de escalar rapidamente e de forma acessível.