Computador quântico: novo salto disruptivo

Os computadores evoluíram muitos nos últimos anos. Você se lembra daquelas caixas grandes em cima das mesas? Se hoje, com laptops, podemos sentar no sofá e colocar o computador no colo, antigamente era preciso estudar bem o espaço porque a máquina não cabia em qualquer lugar. Aliás, você sabia que hoje o poder de computação dos smartphones que cabem em nossos bolsos é de um computador militar de 50 anos atrás (o qual ocupava uma sala inteira)?

Apesar de várias mudanças e melhorias em performance, algo continua igual: sejam as grandes caixas da década de 80, ou o computador que você tem aí, todos eles operam seguindo o princípio da matemática binária. Além disso, existe algo que também não mudou, mesmo com todos os avanços feitos na tecnologia. Ainda existem problemas que os computadores clássicos não conseguem resolver. Para mudar o cenário e realizar uma grande mudança nesse sentido, muitos dizem que a resposta está no computador quântico.

O que é Computador Quântico?

Sejam os smartphones ou seja o computador mais rápido do mundo, o fato é que todos eles manipulam dígitos binários chamados “bits”, os quais podem possuir dois valores: “0” ou “1”. Um tweet que você dê ou um e-mail que você mande são, na essência, sequências longas desses dígitos binários.

Na computação quântica, os bits são chamados de “Qubits” (bits quânticos), que normalmente são partículas subatômicas como elétrons ou fótons. A diferença para os bits tradicionais é que os qubits podem assumir o valor de 0, 1 ou ambos.

Perceba que um computador quântico também utiliza os bits para cálculos (afinal, a ideia é que eles se conectem aos nossos dados e computadores existentes). No entanto, enquanto um grupo de bits pode ter apenas um estado em um determinado momento, um grupo de qubits pode estar em vários estados simultaneamente.

Isso significa que os qubits possuem propriedades que permitem que um grupo faça muito mais do que um número equivalente de bits convencionais. Na prática, um computador usando bits quânticos pode armazenar uma enorme quantidade de informações e usar menos energia do que um computador clássico. Por isso, quando existem problemas específicos a serem solucionados – como a fatoração de grandes números – os computadores clássicos costumam ser mais lentos.

Um exemplo bem simples é esse mundo do Big Data em que vivemos, no qual as informações crescem exponencialmente. Quando há o aumento das informações que precisamos armazenar, há também uma necessidade de mais “uns” e “zeros” e transistores para processá-los. Ou seja, são os computadores quânticos que conseguem fazer isso.

Os computadores clássicos, em sua maioria, limitam-se a fazer uma coisa de cada vez. Exatamente por isso que, quanto mais complexo o problema, mais tempo levará para o mesmo ser solucionado. Na computação quântica, a rapidez para resolver problemas ocorre porque os qubits possuem duas propriedades quânticas, conhecidas por superposição e emaranhamento:

• Superposição: como comentamos, qubits podem representar várias combinações possíveis de 1 e 0 ao mesmo tempo. A isso dá-se o nome de superposição. Um computador quântico com vários qubits em superposição pode processar um vasto número de resultados potenciais simultaneamente.
• Emaranhamento (ou entrelaçamento): quando são gerados pares de qubits emaranhados, dois membros de um par existem em um único estado quântico. Ao alterar o estado de um dos qubits instantaneamente – e de maneira previsível – o estado do outro será mudado. Em um computador convencional, dobrar o número de bits dobra sua capacidade de processamento. Mas, graças ao emaranhamento, a adição de qubits extras a uma máquina quântica produz um aumento exponencial em sua capacidade de processamento de números.

O que temos hoje com relação aos computadores quânticos?

Pesquisadores (inclusive no Brasil) e várias empresas estão na corrida para entender melhor sobre a computação quântica. Mas, o que está em jogo é o lançamento de um computador quântico a ser utilizado para uso comercial. IBM, Google, Rigetti Computing, Alibaba, Microsoft, Intel e Honeywell levaram a uma série de avanços tecnológicos na construção de sistemas computacionais quânticos. Nessa maratona, a IBM saiu na frente. No início de 2019 a empresa anunciou o primeiro computador quântico a ser usado por empresas e pesquisadores.

Com o nome de Q System One, o aparelho possui um sistema de 20 qubits e uma combinação de partes quânticas e clássicas da computação. No entanto, de acordo com o TechCrunch uma máquina de 20 qubits não tem o poder suficiente para o que se espera da computação quântica.

“O IBM Q System One é um passo importante na comercialização da computação quântica”, disse Arvind Krishna, vice-presidente sênior da Hybrid Cloud e diretor da IBM Research. “Este novo sistema é fundamental para expandir a computação quântica para além das paredes do laboratório de pesquisa enquanto trabalhamos para desenvolver aplicações quânticas práticas para negócios e ciência.” (citação extraída da matéria publicada no site TechCrunch)

A IBM deu um primeiro grande passo para a era do computador quântico, mas muitos pesquisadores acreditam que pode levar alguns anos para que essas máquinas atinjam todo o potencial. O fato é que, se cumprirem suas promessas, esses computadores poderão transformar indústrias inteiras.

Aplicações do computador quântico

De acordo com o site MIT Technology Review, fabricantes de automóveis como Volkswagen e Daimler estão usando a computação quântica para simular a composição química de baterias de veículos elétricos para ajudar a encontrar novas maneiras de melhorar o desempenho. E as empresas farmacêuticas estão analisando e comparando compostos que poderiam levar à criação de novos medicamentos.

A expectativa também está na previsão de cenários. Estima-se que ela atingirá um novo patamar com a computação quântica, uma vez que os novos computadores conseguirão analisar dados grandes e complexos.

A análise de grandes conjuntos de dados exige um poder computacional significativo. A computação quântica fornece novas maneiras de analisar dados e é capaz de executar determinados cálculos quase instantaneamente. Enquanto a simulação tradicional é limitada, pois existe um número máximo de dados que pode ser manipulado, um computador quântico será capaz de simular vários cenários simultaneamente.

Computadores quânticos podem ajudar também a acelerar significativamente o aprendizado de máquina (Machine Learning) em comparação com um computador clássico. Isso afetará o que conhecemos hoje por Indústria 4.0.

Outra aplicabilidade possível do computador quântico é em encontrar padrões em dados e usá-los para prever padrões futuros (o que será muito útil no gerenciamento de riscos). A Volkswagen está estudando como a computação quântica poderá ser utilizada para informar os motoristas sobre as condições de tráfego com 45 minutos de antecedência.

Concluindo

A computação quântica pode parecer algo muito distante, e de certo modo ainda levará um tempo para que toda uma nova geração de computadores entre em nossos lares e empresas. É inegável que a era dos computadores transformou nossas vidas. Apesar de ser impossível prever ainda, com certeza a era dos computadores quânticos terá um alcance igualmente amplo e benéfico. É mais uma inovação disruptiva que vem por aí.

Esperamos que este artigo tenha sido útil a você. Em caso afirmativo, fique à vontade para compartilhá-lo com seus colegas. E para ficar por dentro de nossos outros materiais, acesse o Glicando, o blog da Glic Fàs.

Créditos imagem: Unsplash por Markus Spiske