“Os computadores quânticos têm o poder de enxergar através dos dados”

Ismael Faro, pesquisador de computação quântica da IBM Research, fala sobre os meandros e os futuros aplicativos dos complexos computadores quânticos, que prometem resolver desafios inalcançáveis para qualquer computador.

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Ismael Faro, pesquisador de computação quântica da IBM Research, fala sobre os meandros e os futuros aplicativos dos complexos computadores quânticos, que prometem resolver desafios inalcançáveis para qualquer computador.


 

Na década de 1950, já era possível notar o potencial de uma desconhecida tecnologia chamada computação quântica, que prometia uma revolução na informática. Porém, foram necessários 60 anos para que começássemos a ver as primeiras criações tangíveis. Ismael Faro (Espanha, 1975), líder técnico da Quantum Experience Cloud da IBM Research em Nova York (EUA), trabalha com a intenção de materializar um desses computadores quânticos que poderiam resolver problemas impossíveis para os computadores tradicionais.

Um melhor processamento da informação, uma maior segurança e aplicações na medicina, nas finanças e na logística são alguns dos possíveis usos de um computador quântico genérico, como o que está sendo criado pela equipe de Ismael Faro. Na área de pesquisa da IBM já foram alcançadas grandes conquistas. Na química quântica, houve a simulação da molécula mais complexa entre as simuladas por um computador quântico. Ismael Faro espera que, em cinco anos, esta tecnologia, a priori difícil de entender, comece a influenciar nas coisas que nos rodeiam em nosso dia a dia.

A pergunta de um milhão de dólares: o que é um computador quântico?

É um computador convencional, como nosso laptop e nosso celular, mas que usa uma tecnologia diferente e armazena e processa a informação de forma distinta. Os computadores clássicos são feitos de zeros e uns, e isto é benéfico, mas também gera restrições de velocidade e eficiência, o que se vem tentando aprimorar desde o primeiro computador que fez os cálculos para enviar o homem à Lua.

A computação quântica busca otimizar mais coisas, como o armazenamento dos dados, e o faz trabalhando com interações de partículas. Ela utiliza qubits em vez de bits: no lugar de caixas 0 e 1, temos uma esfera que gira e pode valer 0, 1 ou qualquer rotação entre eles. Esta tecnologia pode destruir as barreiras dos computadores convencionais.

Foto: Esta parte do computador quântico coberta de ouro serve para manter o aparelho em temperaturas muito baixas, próximas do zero absoluto. Crédito: IBM Research.

Nas fotos destes computadores, vemos uma série de cabos e placas douradas, mas nenhuma tela nem teclado. Como eles funcionam?

Por um lado, temos um computador normal unido por cabos a uma espécie de lâmpada gigante, que se situa na parte mais baixa do aparelho, onde está o que seria o processador quântico que contém os qubits e as moléculas. O ninho de cabos, cobertos de ouro para seu isolamento, envia os sinais do computador clássico (0 e 1), opera com eles no chip do processador (0, 1 ou rotações deles) e depois lê-se o estado resultante destas partículas que estão na lâmpada. Para poder trabalhar neste nível de estados quânticos é preciso que a sala se mantenha a uma temperatura específica e que não exista ruído.

Por que é tão difícil entender a computação quântica?

A computação quântica não é nova no campo científico, mas sim no humano. Estamos acostumados às tecnologias que existem ao nosso redor, como rádio ou televisão, mas a realidade é que quase ninguém entende como funcionam. Estamos interessados no seu objetivo final, não no seu método. O mesmo acontecerá quando a computação quântica se tornar mais acessível e todo mundo começar a falar dela.

Foto: O computador clássico envia informações com sinais ao computador quântico, que deixam de expressar-se em bits e passam aos qubit no chip. Crédito: IBM Research.

A computação quântica promete resolver problemas até hoje considerados insolúveis. No que pode ser aplicada?

Sua maior aplicação potencial são as simulações químicas. O prêmio Nobel de Física e um dos pioneiros da computação quântica, Richard Feynman, já fez tal proposta. Ele notou que, como dentro do chip quântico trabalhamos diretamente com as características físicas dos elementos mais básicos (partículas), isto é mais preciso do que fazê-lo com zeros e uns. Este é o Santo Graal da computação quântica: sintetizar uma molécula e conseguir que o computador se comporte como a própria natureza.

Em que aplicação prática isto se traduz?

Serve para aprimorar os fármacos e criar novos. Quando um paciente ingere um medicamento, surgem interações de moléculas: o fármaco atua no corpo, é absorvido, diluído. A melhor forma de enxergar tudo isto é com uma simulação; experimentar as pílulas em laboratórios é mais caro e menos preciso. Graças à computação quântica, passamos de uma modelização matemática com zeros e uns (o que envolve um erro de aproximação) a uma modelização real e natural de como a própria matéria se comporta.

Em que outras áreas pode ser utilizado?

Os computadores quânticos têm a capacidade de aprimorar os processos de otimização. Enquanto um computador convencional deve iterar e procurar todas as opções, no computador quântico está tudo entrelaçado e superposto de forma mais eficaz. É como se ele tivesse o poder de enxergar através dos dados. Eles podem ser aplicados ao marketing, para minimizar o impacto de uma campanha de publicidade, e para estudar como a mudança de uma característica de um produto afeta um grupo de pessoas. E também na inteligência artificial, pois o processo de treinamento dos algoritmos da machine learning consiste em minimizar os erros.

Foto: A equipe de computação quântica da IBM trabalha no desenvolvimento de um computador genérico capaz de resolver diversos problemas. Crédito: IBM Research.

As pessoas se preocupam que este potencial possa hackear e anular os atuais sistemas de segurança.

Por suas características, a computação quântica permite que se possa experimentar todas as possibilidades para descriptografar uma fórmula matemática de forma eficaz; por isso tem muito futuro na criptografia. Porém, seriam necessários computadores quânticos bem mais potentes para conseguir derrubar a segurança atual, e seriam criados novos protocolos de segurança baseados precisamente na computação quântica. Aliás, já existe muita gente pesquisando para utilizá-los na transmissão de dados de forma segura.

Na página web da IBM, dizem que “a computação quântica hoje é coisa de pesquisadores, mas se popularizará em cinco anos”. O que vai acontecer nos próximos anos?

Existem grandes empresas, como a Samsung e a JP Morgan, que já estão colaborando conosco para criar novos algoritmos e aplicar a computação quântica em seus campos de atuação. Os produtos e soluções que serão lançados em cinco anos já estarão afetados pela computação quântica. Na química e na medicina, o processo é mais lento por conta das regulamentações, mas uma coisa é certa: de uma maneira ou outra, a computação quântica aplicada à eletrônica afetará o grande público daqui a cinco anos.

Foto: Esse é o som do centro de computação quântica da IBM Q. Crédito: IBM.

Quando teremos um celular quântico no bolso?

Para que um computador quântico funcione, deve haver quase zero absoluto de temperatura [−273,15 °C] e esta é uma enorme limitação física. Eu não sei dizer se, no futuro, seremos capazes de incluir um pequeno refrigerador nos celulares. Neste momento, estamos entre a pesquisa e a aplicação, e as técnicas atuais foram pensadas para seguir pesquisando. Porém, é possível que a computação quântica esteja presente em chips com características quânticas e em materiais otimizados para as baterias de um futuro próximo.

Se a computação quântica se revelar uma promessa falha e não puder ser implementada nem chegar a uma escala maior, o que acontecerá?

A tecnologia vai funcionar, pois já funciona. O problema é que com as características atuais existem mais entraves que benefícios e o custo é tão alto que não compensa. Se isto não puder ser melhorado, teremos uma tecnologia que será utilizada para resolver certos problemas, mas não terá um impacto tão grande nem será tão generalista. Algo parecido aos supercomputadores: eles ainda existem e são utilizados para problemas químicos e atmosféricos, embora a maior parte das pessoas não saibam disso. Seja lá como for, a curto prazo, teremos elementos quânticos perto de nós.

 

Por Patricia Ruiz Guevara

 

 

 

 

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