Os desafios e as oportunidades da computação quântica

14 de Agosto de 2021

De qubit a qubit, o futuro quântico vai se tornando cada vez mais presente e as oportunidades que estas pequenas unidades de informação oferecem são enormes

A passos pequenos, a evolução da computação quântica tem nos aproximado cada vez mais de um futuro quântico. Não necessariamente neste futuro nos esperam tecnologias que sejam capazes de executar tarefas com mais rapidez. Porém, elas seguramente conseguirão alcançar níveis de precisão e minuciosidade inalcançáveis pela computação clássica na execução destas tarefas. Com esta expectativa, a computação quântica promete ser o caminho para a resolução de muitos desafios importantes para a humanidade, que abrangem desde o aumento da eficiência dos meios de transporte até mesmo o desenvolvimento de medicamentos mais complexos. 

A principal diferença entre a computação quântica e a clássica, que permite o enfrentamento destes desafios, está na sua multiplicidade de estados e sua capacidade de conexão. Enquanto os computadores tradicionais o bit constitui a unidade básica de informação, nos quânticos, o qubit assume este papel. Seu funcionamento, no entanto, é bastante diferente. De acordo com o código binário, um bit pode assumir uma única posição: ou 1 ou 0. Em contrapartida, um qubit é capaz de sobrepor e manter todas as posições possíveis concomitantemente. Sua propriedade de sobreposição pode ser comparada ao paradoxo do gato de Schrödinger, que pode estar vivo ou morto ao mesmo tempo, ou a uma moeda lançada no ar, que pode ser cara ou coroa simultaneamente. Outro comportamento particular dos qubits é sua capacidade de entrelaçamento. Ou seja, as partículas quânticas se conectam entre si por seus respectivos resultados. Ao formar um sistema entrelaçado, os qubits acabam influenciando um sobre os outros, então, o que um aprende, o outro também e vice-versa. Por esta razão, os computadores quânticos são significativamente mais eficientes na resolução de cálculos complexos. 

Grande parte dos estudos que tornaram possível a operação de um computador com base nas leis da mecânica quântica ocorreram no ambiente acadêmico. Foi no Laboratório Nacional Argonne, um dos maiores e mais antigos laboratórios de pesquisa científica do Departamento de Energia dos Estados Unidos, onde o físico Paul Benioff realizou as primeiras descrições da computação quântica. Pouco tempo depois, entre Instituto de Estudos Avançados de Princeton, a  Universidade de Cornell e o Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), Richard Feynman concluiu que computadores clássicos seriam incapazes de modelar sistemas mecânicos quânticos e que, portanto, seriam necessários computadores quânticos para executar esta atividade. Toda esta teoria começou a sair no papel durante a década de 1990, no Instituto de Tecnologia de Massachusetts, onde Peter Shor projetou um algoritmo quântico capaz de fatorar números gigantes em um tempo insuperável pelos algoritmos clássicos. 

Ainda hoje, de acordo com Dante Colao Zanuz, pesquisador do Instituto Federal de Tecnologia de Zurique, na Suíça, dezenas de trabalhos científicos são publicados a cada semana, apresentando novas facetas, aplicações ou insights de algoritmos quânticos. Tal quantidade de pesquisa realizada na área torna bastante incerto o futuro desta tecnologia. "A qualquer momento um novo trabalho, talvez tão revolucionário quanto os de Shor, pode aparecer e alimentar uma direção completamente inexplorada da computação quântica”, espera. 

O que se sabe, porém, é que a computação quântica tem um enorme potencial de causar importantes impactos. A partir deste sistema, torna-se possível realizar simulações com sistemas quânticos, como a fotossíntese, a supercondutividade e as formações moleculares complexas. Tal aplicação representa um elemento chave para o desenvolvimento medicamentos complexos e tratamentos personalizados geneticamente, bem como o aumento da eficiência de meios de transportes, baterias, células solares e fertilizantes. Além disso, a capacidade da computação quântica em resolver problemas como a fatoração de inteiros e a computação de logaritmos discretos impulsiona a criptografia de dados a um alto nível de eficiência e resistência. Estas são apenas algumas das aplicações que a computação quântica aponta. Porém, o potencial que esta tecnologia tem em oferecer benefícios à sociedade ainda é ilimitado. De qubit a qubit, o futuro quântico, no entanto, vai se tornando cada vez mais presente.

 


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