A corrida para a criação do computador mais poderoso da história

Os computadores quânticos são considerados máquinas incrivelmente poderosas capazes de resolver problemas extremamente complexos de forma muito mais rápida. Ainda não se sabe, contudo, qual seria a melhor maneira de fazê-los serem tão produtivos em larga escala. E muita gente se pergunta quem tem chances de ganhar essa corrida.

A expectativa é de que essas supermáquinas possam ajudar, por exemplo, a acelerar a cura de doenças, a descoberta de novos medicamentos e a desvendar os mais seguros sistemas criptografados.

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Mas atualmente não há consenso sobre a melhor maneira de executar tais projetos nem como disponibilizar essas máquinas no mercado consumidor massificado.

Físicos, engenheiros e cientistas da computação em todo o mundo estão tentando desenvolver quatro diferentes tipos de computadores quânticos, a partir de partículas de luz, íons aprisionados, supercondutores ou centros de vacância com nitrogênio em diamantes.

Empresas como a IBM, Google, Rigetti, Intel e Microsoft são as líderes nessa corrida quântica.

Cada método tem seus prós e contras, mas o maior desafio é a frágil natureza do quantum.

O que é computação quântica

Em vez de usar "um" e "zero" em sequências longas, como na computação clássica, um bit quântico - ou qubit - usa as propriedades quase mágicas das partículas subatômicas.

Elétrons ou fótons, por exemplo, podem estar em dois estados ao mesmo tempo - um fenômeno chamado superposição. Como resultado, um computador de qubit pode fazer mais cálculos muito mais rapidamente que um computador convencional.

"Se você tem um computador de dois-qubits e você adiciona dois qubits, terá um computador de quatro qubits mas não vai dobrar a potência do computador - vai fazer com que ele cresça exponencialmente", explica Martin Giles, chefe do escritório de São Francisco da MIT Technology Review.

Cientistas às vezes descrevem esse efeito de computação quântica como sendo capaz de percorrer cada um dos vários caminhos de um labirinto muito complexo ao mesmo tempo.

Os qubits também podem influenciar uns aos outros, mesmo quando não estão fisicamente conectados, um processo chamado "entrelaçamento". Em termos computacionais, isso lhes dá a capacidade de fazer saltos lógicos que os computadores convencionais jamais conseguiriam.

A busca por estabilidade

Mas qubits são altamente instáveis e propensos a sofrer interferências ou "ruídos" de outras fontes de energia, levando a erros de cálculos. Então, a corrida pela computação quântica é, no fundo, a busca por uma forma de estabilizar os qubits para serem produzidos em larga escala.

A gigante IBM acredita seriamente que os "qubits supercondutores transmon" são os mais promissores para a computação quântica. E já construíram três protótipos de processadores quânticos que o público pode acessar na nuvem.

"Até agora, mais de 94 mil pessoas acessaram computadores quânticos da IBM na nuvem. Eles executaram mais de 5 milhões de experimentos e escreveram 110 artigos", diz Robert Sutor, vice-presidente de estratégia e ecossistema de computação quântica da IBM Research.

"Pessoas estão aprendendo e experimentando... esperamos que daqui três a cinco anos seremos capazes indicar um exemplo específico e dizer que o quantum melhora significativamente qualquer coisa que os computadores clássicos possam fazer", completa Sutor.

Mas o método da IBM exige que o computador quântico seja armazenado dentro de uma grande geladeira, onde os qubits ficam a temperaturas próximas ao zero absoluto para garantir que permaneçam em seus estados úteis.

Isso consome muita energia e dificulta sua produção em tamanho menor.

"Parece provável que os qubits supercondutores estarão entre as primeiras tecnologias a permitir computação quântica útil", diz Joseph Fitzsimons, principal pesquisador do Centro de Tecnologias Quantum da Universidade Nacional de Cingapura. "No entanto, minha impressão é que eles são análogos aos tubos de vácuo nos primeiros computadores, em vez dos transistores que apareceram mais tarde. Ainda podemos ver outra tecnologia emergir, que se tornaria a vencedora no final".

A Microsoft e acadêmicos do Instituto Niels Bohr, na Dinamarca, estão trabalhando no que eles acreditam ser qubits muito mais estáveis, baseados nas chamadas partículas de Majorana.

Outras equipes estão pesquisando a captura de qubits no silício, elemento do qual os chips de computador tradicionais foram feitos.

E os cientistas da computação da Universidade de Oxford estão procurando maneiras de conectar qubit em computadores menores em vez de criar máquinas maiores com muitos qubits.

Potencial clássico?

Enquanto esperamos pelos computadores quânticos, qual é o futuro para a computação convencional?

Em julho, Ewin Tang, estudante de computação e matemática de 18 anos da Universidade do Texas, causou furor no mundo da computação internacional por ter desenvolvido um algoritmo clássico de computador que pode resolver um problema quase tão rápido quanto um computador quântico.

O problema a ser solucionado envolvia um mecanismo de recomendação que sugere produtos aos usuários com base em dados sobre suas preferências.

E a União Europeia recentemente anunciou que está trabalhando na próxima geração de computadores - os exascale - que vão executar bilhões de cálculos por segundo.

"Exascale significa 10 elevado a 18 operações por segundo", explica o professor Scott Aaronson, cientista de computação teórico da UT Austin que orientou Ewin Tang.

"Dez elevado a 18 é algo grande, mas os sistemas quânticos, que serão capazes de 10 a 1.000 operações por segundo, são muito, muito maiores."

E o problema para a computação clássica é que estamos chegando aos limites de quantos transistores podemos encaixar em um chip - o A11 da Apple conseguiu espremer surpreendentes 4,3 bilhões, por exemplo.

A chamada Lei de Moore - que prevê que a cada dois anos os microprocessadores receberiam o dobro da velocidade, usariam metade da energia e ocupariam a metade do espaço - está finalmente se confirmando.

Benefícios

Mesmo que um computador quântico estável, produzido em larga escala, ainda tenha o futuro incerto, pesquisas com esse objetivo já estão produzindo resultados interessantes.

"Se não tivéssemos investido em computação quântica, o algoritmo quântico que inspirou o (Ewin) Tang não teria existido", diz Robert Young, pesquisador da Royal Society e diretor do Quantum Technology Center da Universidade de Lancaster.

Ele já diz que a pesquisa quântica gerou uma nova maneira de resfriar dispositivos a baixas temperaturas, aprimoramentos de chips baseados em luz que melhoraram a experiência de banda larga de fibra ótica, e a invenção de tecnologias para acelerar o diagnóstico de doenças.

"O benefício real de ir à Lua não foi ir à Lua, mas sim as tecnologias periféricas que foram desenvolvidas no caminho", diz o professor Young. O GPS de navegação por satélite e canetas esferográficas são dois exemplos disso.