O processador pode criar estados quânticos em 53 qubits.[2][3][4] Originalmente havia 54 qbits, mas um deles deixou de funcionar. Cada Qbit está ligado com outros quatro em disposição retangular, correspondendo a um espaço de estado computacional de dimensão 253 (cerca de 1016). Ele é feito com qbits supercondutores transmon. O chip de matriz quântico possui arranjo 2D e está acoplado a um chip de controle, que usa um design Flip-Chip para torná-lo mais potente do que os processadores quânticos usados até então. Outra inovação é o uso da arquitetura de acoplamento ajustável, que estabelece uma conexão configurável por conseguir mudar o estado do acoplador transtom. O processador possui 86 acopladores. O processador e suas junções Josephson são feitas de alumínio, e índio para ligações de colisão entre duas pastilhas de silício. Para o uso, é necessário que o processador seja refrigerado até ficar abaixo dos 20 millikelvin. Cada um dos qbits está ligado a um ressonador quântico, que é capaz de ler seu estado. Os qbits podem ser lidos simultaneamente usando multiplexação de frequência. O sinal é aumentado e digitalizado utilizando amplificadores criogênicos em dois estágios, e a demultiplexação é feita em temperatura ambiente. Sycamore possui 277 desses conversores. O processador é capaz de realizar operações de alta fidelidade usando um ou dois qbits.[5][6]
Feitos
Supremacia quântica
O Google já prometia atingir a supremacia quântica até o fim de 2017. Em setembro de 2019, um artigo foi publicado acidentalmente no site da NASA, onde a empresa teria demonstrado a façanha. O artigo foi retirado do ar pouco tempo depois, mas foi noticiado pelo Financial Times.[7] Porém, no dia 23 de outubro, foi publicado oficialmente na revista Science. O time foi liderado por John Martinis, físico experimental da Universidade da Califórnia.[8]
O experimento proposto foi criado pelo Google em 2016. Nele, Sycamore precisou prever a distribuição de sinais do circuito quântico a partir de uma amostra usando o algorítimo de e Schrodinger-Feynman, que foi comparada com a mesma operação feita por um computador clássico. Este circuito funciona emaranhando uma série de qbits ao realizar operações lógicas com um ou dois qbits. O processo se torna cada vez mais complicado para um computador convencional quando o número de qbits e de ciclos lógicos aumentam, e como Sycamore possui 53 qbits operacionais, existem 253 resultados possíveis. Para a validação dos resultados, foi usada a avaliação comparativa de entropia cruzada. Sycamore resolveu o problema em três minutos e 20 segundos, enquanto o Google estimou que o supercomputador Summit levaria 10 mil anos.[5][8]
No dia 21 de outubro, a IBM publicou uma pré-publicação onde um sistema de armazenamento secundário é usado em computadores clássicos para simular circuitos quânticos, já que o principal problema seria a falta de memória para a simulação em computadores clássicos. A simulação classica separa o circuito quântico em subcircuitos que são simulados de maneira independente e juntados posteriormente. Foi cosntruido um tensor que representa os portões lógicos de Sycamore, onde seu índices são equivalentes às linhas de qbits. A simulação usa técnicas de adiamento de contração e fatiamento de tensores. A IBM estimou o tempo que Summit levaria para simular os circuitos de Sycamore simulando no supercomputador Cori II e extrapolando os resultados usando uma série de indicadores de performance, chegando na conclusão que levaria dois dias e meio. O artigo, porém, não foi revisado por pares.[8][9][10]
Em agosto de 2022, a Chinese Academy of Sciences, com time liderado pelo físico estatístico Pan Zhang, publicou pré-artigo onde o circuito de Sycamore foi representado com um conjunto de tensores 3D e simulado usando 512 GPUs. O algorítimo é menos preciso do que Sycamore, mas em compensação a simulação foi 253 vezes mais rápida do que o esperado. Os resultados foram obtidos em quinze horas. Foi estimado que com este algorítimo, um supercomputador conseguiria resolver o problema em alguns segundos. O artigo será publicado pela revista Physical Review Letters. Sergio Boixo, um dos principais cientistas da Quantum Artificial Intelligence Lab, respondeu em e-mail que o time do laboratório sabia que não manteriam o título por muito tempo, mas que os supercomputadores não conseguirão competir com os circuitos quânticos feitos atualmente.[11][12]
Cristal do tempo
Em 2021 cientistas conseguiram criar o cristal de tempo por aproximadamente 100 segundos usando qubits dentro do núcleo do processador quântico Sycamore.[13]
