03 jun 2019

Computação Quântica: um universo em expansão

Isabela Salvetti

por Isabela Salvetti

4 min. de leitura
Computação Quântica: um universo em expansão

E se, de alguma forma, descobríssemos que existem computadores mais potentes do que temos nos dias de hoje? Quebraríamos códigos mais facilmente e poderíamos finalmente realizar simulações químicas com precisão! É exatamente isso que a computação quântica promete. Esse ramo da ciência teve início quando explicações do mundo dos átomos (sim, aquele conceito da época da escola) começaram a ficar incompletas, pois algumas partículas tinham o comportamento diferente das outras. Se não estavam sendo observadas, elas simplesmente não existiam. É isso mesmo que você leu.

Foi então que por volta de 1980, percebeu-se que esse fenômeno quântico de “não olhe e eu não existo” poderia ser usado para processar informações. As teorias básicas para o surgimento de computadores quânticos sobre os quais vamos falar hoje foram formuladas nos anos 1980 e 1990, e ainda guiam as empresas de tecnologia atuais. 

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Computadores quânticos: como funcionam?

Computadores quânticos não trabalham com bits normais, e sim com bits quânticos (ou qubits), que possuem outras propriedades e podem ser controlados eletronicamente. Um computador clássico opera em sistema binário, ou seja, com zeros e uns. Os computadores quânticos operam em uma propriedade que é chamada de sobreposição. Na sobreposição, é como se zeros e uns fossem cara e coroa de uma moeda. Em computadores normais, você só pode escolher ou o zero ou o um. Em um computador quântico, é como se você pudesse girar a moeda: não é zero, nem um, mas uma sobreposição dos dois. E a sobreposição faz com que computadores quânticos encontrem soluções em menos etapas do que um computador clássico encontraria. 

Outras propriedades da computação quântica

E quanto maior o problema a ser resolvido, mais os computadores quânticos se destacam em sua velocidade de solução dos computadores comuns. Isso é chamado de aceleração quântica. É a medida do quão mais rápido um computador quântico conseguiria resolver um problema quando comparado ao computador convencional. Isso porque, para alguns problemas, eles oferecem uma aceleração exponencial. Ou seja: quanto maior o problema, maior é a vantagem de um computador quântico.

Uma outra propriedade é o entrelaçamento quântico. Quando dois qubits estão entrelaçados, o que acontece com um acontece instantaneamente com o outro. É um processo que também ajuda o algoritmo quântico ser muito mais poderoso que o convencional. 

Assim como ondas de rádio, computadores quânticos têm a propriedade de criar interferências. Construtivas, para chegar à resposta correta, e destrutivas, quando em direção à resposta errada. 

Para realizar interferências, sobreposições e entrelaçamentos é necessária uma matéria que possa ser manipulada para tal. Essa seriam os qubits que mencionamos no início do texto.

Computação quântica: onde estamos?

Mas a computação quântica ainda se vê distante da realidade. A razão pela qual ainda não temos computadores quânticos funcionais hoje são os qubits. Eles são extremamente sensíveis. Devem ser cuidadosamente protegidos e operados a temperaturas muito baixas, muitas vezes frações abaixo do zero absoluto, para as informações não se perderem no ambiente. Contudo, isso não impede os cientistas de tentarem.

Recentemente, houve um progresso no controle de qubits, dando confiança para se realizar agrupamentos maiores. A Rigetti Computing, por exemplo, anunciou a construção de um processador com 128 qubits, feito com circuitos de alumínio superresfriados. O Google e a IBM também anunciaram seus próprios chips com 72 e 50 qubits, respectivamente. Isso é bem menos do que seria necessário para construir um computador quântico funcional: seriam necessários pelo menos milhares.

Isso porque algumas grandes empresas, como as citadas acima, e alguns governos, começaram a tratar a computação quântica como uma corrida — tipo a corrida espacial do passo. Dentro da lista desses países, podemos citar a China e a União Europeia, que lançaram novos programas de cerca de bilhões de dólares para estimular a pesquisa quântica. Já nos Estados Unidos, Trump criou um novo comitê para coordenar o trabalho do governo na ciência da computação quântica. Em 2018, uma proposta de um fundo de pesquisa quântica surgiu, totalizando mais de 1,3 bilhões de dólares.

Mas para quê serve a computação quântica?

Mas caso (ou quando) todo esse investimento der resultados e um computador quântico for realmente construído, para que ele seria usado? 

A primeira utilidade de um computador quântico, provavelmente, seria para simulações químicas. Isso porque computadores convencionais não conseguem simular o comportamento de átomos e elétrons durante reações químicas, já que esse comportamento é conduzido pela mecânica quântica, muito complexa para os computadores convencionais.

Um outro uso seria para os automóveis. A Daimler e a Volkswagen já começaram a investigar como a computação quântica pode melhorar a bateria química pra veículos elétricos.

Computadores quânticos também seriam úteis para quebrar códigos. Os processadores quânticos deveriam ser muito mais avançados para fazer isso, entretanto, governos e empresas estão levando a meta muito a sério. Gigantes como o Google estão apostando também que computadores quânticos podem fazer a inteligência artificial ainda mais poderosa. Infelizmente isso está ainda mais distante da realidade do que as soluções químicas e as decodificações.

Não se sabe muito bem qual os primeiros aplicativos que surgiriam da computação quântica. A única certeza é que, quem conseguir primeiro, terá grandes vantagens.

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