A computação quântica está em alta. Mas a tecnologia continua futurista

Não tem o mesmo entusiasmo da inteligência artificial, mas a computação quântica está tendo seu momento.

Algumas das instituições mais poderosas do mundo, incluindo o Google , Microsoft , Amazônia , IBM e o governo dos EUA estão gastando muitos milhões de dólares em uma corrida para desenvolver e construir o primeiro computador quântico prático.

Startups focadas em tecnologia quântica atraíram cerca de US$ 2 bilhões no ano passado, de acordo com um relatório da McKinsey & Co. , à medida que investidores se aglomeram em um setor que pode ter quase US$ 100 bilhões em receita dentro de uma década.

Mas não há muitos negócios hoje. No total, as empresas de computação quântica geraram menos de US$ 750 milhões em receita em 2024, de acordo com o mesmo relatório.

Mas cada vez mais ouvimos falar de um grande avanço.

No ano passado, a Microsoft revelou seu primeiro chip quântico, executivos do Google disseram que a tecnologia pode estar a apenas cinco anos de distância, a Amazon exibiu seu processador quântico corretor de erros e a IBM delineou seu plano para construir um computador quântico significativo até 2029.

Juntam-se a elas dezenas de empresas menores e universidades que trabalham na matemática subjacente, no software ou em um potencial modelo de negócios. Algumas dessas empresas são até mesmo negociadas em bolsa e podem ver suas ações dispararem ou despencarem com base em uma série de notícias.

Em janeiro, a Nvidia O CEO Jensen Huang derrubou as ações de computação quântica ao afirmar que 15 anos era "um pouco cedo" para considerar quanto tempo levaria até que a computação quântica se tornasse útil. Na época, ele afirmou que 20 anos era um prazo em que "muitos de nós acreditaríamos".

Dois meses depois, ele voltou atrás nos comentários, mas também se mostrou surpreso por eles terem movido mercados, ou mesmo por haver mercados a serem movidos.

"Como uma empresa de computadores quânticos pode ser pública?", disse Huang em março.

No momento, não há nada de útil que os computadores quânticos possam fazer. Eles são puramente para pesquisa.

Mas a promessa é clara. Se a tecnologia funcionar, ela poderá processar certos tipos de números e realizar algumas tarefas que atualmente são impossíveis em um computador tradicional, ou que levariam tanto tempo que o universo acabaria antes que fossem concluídas.

Para imaginar um computador quântico, você precisa mudar fundamentalmente a maneira como considera o que significa computar.

Um computador tradicional funciona porque há bilhões de transistores em cada chip. Esses transistores podem ser uns ou zeros — ligados ou desligados. Em grandes quantidades, os transistores podem representar quase todos os números, referir-se a partes da memória do sistema e fazer cálculos aritméticos. É assim que todos os computadores do mundo funcionam hoje.

Em um computador quântico, o sistema usa qubits em vez de transistores. É muito mais complexo do que uns e zeros. Se os qubits estão ligados ou desligados é determinado pela mecânica quântica, e todos os qubits estão "emaranhados", o que significa que uma mudança em um afetará a probabilidade dos outros.

Fazer qubits funcionarem pode exigir uma infraestrutura significativa. Por exemplo, alguns computadores quânticos precisam ser operados em temperaturas muito baixas, próximas do zero absoluto.

Até agora, muitas das aplicações da computação quântica têm a ver com a simulação de química e física.

"Computadores quânticos não serão a escolha ideal para todas as aplicações, e isso é aceitável", disse Krysta Svore, vice-presidente de desenvolvimento quântico avançado da Microsoft. "Mesmo que usemos computadores quânticos apenas para ciência dos materiais e química, 96% dos produtos manufaturados do mundo dependem da química e da ciência dos materiais."

Existe um uso bem compreendido para a computação quântica hoje: a criptografia. É por isso que o governo dos EUA e outros ao redor do mundo estão acompanhando de perto o desenvolvimento dessa tecnologia. Ela é importante para a defesa nacional.

"O medo é que os computadores quânticos consigam decifrar nossos segredos digitais", disse John Young, chefe de operações da divisão das Américas da Quantum eMotion, uma empresa de segurança quântica.

Atualmente, a maioria das senhas, mensagens de WhatsApp, transações financeiras e outras mensagens importantes são criptografadas, o que significa que são embaralhadas e não podem ser lidas se os dados forem roubados ou observados. Mas os computadores quânticos serão capazes de fatorar números rapidamente, o que poderá permitir que hackers ou outros invasores encontrem com eficiência os códigos necessários para decifrar segredos importantes.

Pesquisadores de segurança se preocupam com o que chamam de Dia Q , ou o dia em que um computador quântico eficaz será criado. Eles preveem o caos quando senhas e criptografia começarem a falhar misteriosamente.

"Além de seus benefícios potenciais, a computação quântica também representa riscos significativos para a segurança econômica e nacional dos Estados Unidos", afirmou a Casa Branca de Biden em um memorando de segurança nacional em 2022. Um computador quântico criptograficamente relevante "poderia comprometer as comunicações civis e militares, minar os sistemas de supervisão e controle de infraestrutura crítica e violar os protocolos de segurança da maioria das transações financeiras baseadas na internet", dizia o memorando.

Não há nenhuma aplicação prática ou algoritmo que possa ser executado em um computador quântico que não possa ser executado hoje em um computador digital normal baseado em silício.

No entanto, vários grupos afirmam ter comprovado a "supremacia quântica", indicando que resolveram um problema em um computador quântico que levaria muito mais tempo em um computador tradicional. As ações foram todas abstratas.

O Google foi o primeiro a declarar a supremacia quântica em 2019, descrevendo a conquista do seu computador quântico como um " benchmark ". A tarefa que ele realizou é chamada de amostragem de circuito aleatório, que é basicamente usada apenas para testar computadores quânticos.

O Google afirma que pesquisadores deram a um computador instruções aleatórias para tornar um problema o mais complexo possível sob a mecânica quântica. Seus pesquisadores conseguiram então demonstrar que um computador quântico é mais rápido em decifrar o problema quântico. No ano passado, o Google afirmou que seu novo e mais rápido computador quântico, o Sycamore, havia expandido a lacuna de desempenho.

Em termos de futuras aplicações no mundo real, a maior parte do potencial dos computadores quânticos está nas áreas da medicina, química e pesquisa de materiais.

O Google aponta para a descoberta de medicamentos, ou seja, a descoberta de moléculas que possam ser medicamentos úteis. Ele também afirma que os computadores quânticos serão capazes de realizar a ciência necessária para comercializar a energia de fusão.

Quando a Microsoft anunciou seu primeiro chip quântico em fevereiro, a empresa destacou problemas de química e ciência de materiais, como por que alguns materiais corroem ou como compostar plástico.

Há também algum otimismo de que os computadores quânticos serão adequados para gerar dados de treinamento para aplicações de IA, especialmente para situações ou problemas com um grande número de soluções potenciais.

Um pesquisador do Google mantém uma página da web que cataloga muitos dos algoritmos quânticos mais importantes.

O mais famoso é o algoritmo de Shor , que mostrou que um computador quântico seria capaz de encontrar fatores primos de um grande número muito mais rápido do que é possível atualmente em um computador digital.

Quando o algoritmo foi descoberto em 1994, gerou preocupação entre militares do mundo todo. Muitos deles usam um método de criptografia chamado RSA, que exige que o processo de fatoração de grandes números seja complexo para manter os dados em segredo.

O medo é que um computador quântico permita que um adversário como a China decodifique rapidamente mensagens militares dos EUA ou transações bancárias de consumidores.

"Sem uma mitigação eficaz, o impacto do uso adversário de um computador quântico pode ser devastador para [os sistemas de segurança nacional] e para nossa nação", disse o Pentágono em 2021 .

A Microsoft reconheceu o fator de segurança nacional e até mesmo enquadrou a segurança quântica como uma corrida contra a China.

"Embora a maioria acredite que os Estados Unidos ainda detenham a posição de liderança, não podemos descartar a possibilidade de uma surpresa estratégica ou que a China já esteja em pé de igualdade com os Estados Unidos", escreveu o presidente da Microsoft, Brad Smith, em uma postagem de blog em abril.

O governo liderou um esforço para migrar a criptografia para os chamados métodos pós-quânticos, que não podem ser quebrados por um computador quântico. Empresas como a Apple já começaram a integrar criptografia pós-quântica em seus serviços como o iMessage .

Mas comunicações passadas ainda podem conter segredos. Agências de inteligência e outros hackers frequentemente coletam dados criptografados na expectativa de que um dia possam ser decifrados.

Por enquanto, grande parte do trabalho em quântica ainda é bastante acadêmico.

A maioria das empresas de hardware avançado hoje em dia está trabalhando em "correção de erros", ou uma variedade de métodos destinados a reduzir o número de erros e torná-los menos prejudiciais quando acontecem.

Nos computadores quânticos atuais, os qubits falham em até 1 em cada 1.000 vezes em que são usados, de acordo com pesquisadores da Microsoft. A Microsoft afirmou na semana passada que conseguiu reduzir a taxa de erros em 1.000 vezes graças a uma nova abordagem.

Várias melhorias na correção de erros foram anunciadas no ano passado, o que é um dos motivos pelos quais pesquisadores e engenheiros estão cada vez mais confiantes de que conseguirão construir um computador quântico.

A próxima questão a ser abordada é aumentar a escala dos computadores.

O novo chip Willow do Google tem 105 qubits. O chip Majorana da Microsoft tem oito. O Starling da IBM planeja ter 200 qubits. O chip Ocelot da Amazon tem 14 qubits. Nos próximos anos, esses números precisam aumentar muito. Google e Microsoft afirmam que um computador quântico verdadeiramente útil precisará de 1 milhão de qubits.

ASSISTA: A computação quântica está atingindo um ponto de inflexão