Imagine uma máquina capaz de processar uma gigantesca quantidade de informações de forma muito mais rápida até que o mais potente dos supercomputadores existentes no mundo. Ela seria capaz, por exemplo, de descobrir novos materiais supercondutores, novas drogas revolucionárias, melhorar previsões meteorológicas, criar comunicações hiperseguras e resolver centenas de outros problemas complexos. Esta máquina, com todo este potencial, ainda não existe, mas está cada vez mais próxima da realidade. É o computador quântico.
Para entender sobre computação quântica é preciso conhecer os princípios da mecânica quântica. E como esta não é uma tarefa simples, semana passada conversei com Ernesto Fagundes Galvão, professor da UFF e um dos maiores especialistas no assunto aqui no Brasil. Doutor pela Universidade de Oxford, na Inglaterra, e Pós-Doutor pelo Perimeter Institute for Theoretical Physics, no Canadá, um dos países que lidera os esforços nesta tecnologia, Ernesto explicou que a diferença básica entre um computador quântico e um clássico se dá por um fenômeno chamado superposição. Em um sistema clássico, toda informação é armazenada e processada na forma de bits, que podem ser 0 ou 1. Já sistemas quânticos conseguem ter um bit que combina propriedades, como se tivesse diversos tons de 0 e 1 ao mesmo tempo: é o quantum bit ou qubit, como é conhecido.
Fazendo uma analogia para simplificar, é como se, na computação clássica, o bit 0 fosse uma lâmpada apagada e o bit 1 uma lâmpada acesa; na computação quântica a lâmpada seria dimerizável. Essa capacidade faz com que, no caso de uma tentativa de se descobrir uma senha com vários caracteres, por exemplo, um sistema normal o faça testando uma possibilidade de cada vez – o que pode levar bastante tempo – enquanto um sistema quântico testa todas as possibilidades de uma vez só, tornando a tarefa muito mais rápida.
Porém, manter o estado de superposição é complicado, porque os qubits são sensíveis a qualquer tipo de interferência, inclusive de partículas minúsculas. Por isso, os sistemas devem ser mantidos isolados do ambiente, mas não totalmente, pois ainda é preciso acessa-los para manipula-los e fazer os cálculos desejados. Dessa forma, os computadores quânticos atuais mantêm-se funcionando apenas por milissegundos.
Essa dificuldade tem impedido de se alcançar a chamada supremacia quântica, que é o termo usado para determinar quando o computador quântico for, de fato, capaz de exercer funções que o computador clássico não consegue. Os modelos existentes mais potentes são os processadores de 72 qubits do Google e de 50 qubits da IBM, sendo que o primeiro ainda carece de estudos que comprovem a capacidade anunciada pela empresa. Segundo Ernesto, a supremacia quântica acontece entre 70 e 100 qubits, porém é necessário que estes qubits funcionem perfeitamente, sem interferências, o que deve ser atingido nos próximos um ou dois anos. Uma startup, a Rigetti Computing, aliás, promete um chip de 128 qubits daqui a um ano.
Enquanto as empresas correm para evoluir a tecnologia, aumentando a capacidade de seus modelos, elas disponibilizam versões menores na nuvem, para que as pessoas possam começar a testar possíveis aplicações na computação quântica. Como são sistemas diferentes, um programador clássico não consegue simplesmente desenvolver aplicações da mesma forma que o faz no dia a dia. Apesar de ter uma vantagem em relação a um leigo, claro, ele precisa aprender as limitações e como essas máquinas quânticas funcionam.
A estratégia de colocar sistemas quânticos à disposição na nuvem é uma forma também de se descobrir novas possibilidades com eles, uma vez que, quanto mais pessoas tiverem acesso, maior será a comunidade de programadores especializados pensando em aplicações, o que aumentará exponencialmente o potencial da tecnologia. Algo semelhante aconteceu com a computação clássica décadas atrás, quando conforme a mesma foi se tornando mais popular, múltiplas novas funcionalidades foram desenvolvidas.
Eu sei que provavelmente você continua um pouco confuso, afinal a mecânica quântica não é intuitiva para nós. Mas vale muito prestar atenção, pois governos e empresas gigantes estão investindo nesta tecnologia, de olho em todo o seu potencial. Além de IBM e Google, a Microsoft coloca a computação quântica junto de inteligência artificial e realidade aumentada como as três tecnologias mais importantes do futuro. Alibaba, Intel, Volkswagen, Biogen e Airbus são outros exemplos que também a estão testando. A consultoria Gartner estima que 20% das empresas da Fortune 500 terão projetos de computação quântica até 2023.
Quanto aos países, EUA, China e Canadá se destacam, impulsionados por investimentos pesados de seus governos. O Brasil está ficando para trás. Apesar de contar com profissionais de ótima qualidade e currículo, falta uma ligação entre as universidades onde são feitas as pesquisas e a iniciativa privada. Além disso, segundo Ernesto, o corte nos financiamentos do governo federal tem levado a uma “fuga de cérebros”, com vários profissionais indo embora do país em busca de oportunidades em outros locais. Triste rotina.
Ouça a entrevista com Ernesto Galvão nos links abaixo:
Quais são as diferenças entre computação quântica e computação clássica?
Como se formam os qubits?
Por que é tão difícil manter o estado de superposição e como contornar este problema?
Quais serão as principais aplicações da computação quântica?
Os computadores quânticos podem substituir os clássicos no futuro?
Como funciona a computação quântica na nuvem?
Os programadores clássicos têm vantagem na hora de programar sistemas quânticos?
Explique o termo Supremacia Quântica
Quantos qubits para atingir Supremacia Quântica?
Quais os países mais avançados nesta tecnologia?
E a situação no Brasil?
Existe aproximação de empresas privadas interessadas nesta tecnologia?
Como é seu dia a dia? E seus projetos?
Qual conselho para quem quer entrar nesta área?
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