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A segunda revolução quântica

Os computadores quânticos vão alcançar velocidades de cálculo muito superiores aos computadores atuais

Virgílio Azevedo

Virgílio Azevedo

Redator Principal

A física quântica está a entrar numa nova era, a passar rapidamente da ciência para a tecnologia, da investigação para a criação de produtos e sistemas concretos que podem mudar as nossas vidas, como os lasers ou as imagens por ressonância magnética. Mas no centro desta mudança está a corrida aos computadores quânticos.

Por enquanto só existem protótipos de capacidade limitada, mas o objetivo de cientistas, engenheiros e grandes fabricantes é produzir no futuro máquinas que ultrapassem em larga escala a velocidade de cálculo dos supercomputadores clássicos mais poderosos que hoje conhecemos. Em 2018, a Comissão Europeia quer lançar uma iniciativa para o desenvolvimento destas tecnologias emergentes, com um orçamento de mil milhões de euros para os próximos dez anos, que pretende colocar a UE na vanguarda da segunda revolução quântica.

No computador clássico a informação é armazenada em bits, que assumem os valores de 0 e 1. No computador quântico a informação é guardada em bites quânticos ou qubits, que podem estar nos estados 0 e 1, mas também numa sobreposição destes dois estados. No primeiro os cálculos são feitos essencialmente da mesma maneira que os fazemos à mão, o que significa que o tipo de problemas que podem ser resolvidos de forma eficiente por um computador clássico é o mesmo que os resolvidos de forma eficiente à mão.

No computador quântico os cálculos são feitos por transformações unitárias do estado dos qubits. Combinadas com o princípio da sobreposição, estas transformações criam possibilidades que não estão disponíveis nos cálculos feitos à mão, o que se traduz em algoritmos (sequências de instruções) mais eficientes para a conceção, pesquisa e simulação de sistemas baseados na física quântica.

Ganhar velocidade de cálculo

Para chegar ao computador quântico há ainda um difícil caminho a percorrer (ver caixa). “Uma das principais dificuldades é conseguirmos controlar um número suficiente de bits quânticos para obtermos uma velocidade de cálculo superior à dos computadores convencionais”, explica Yasser Omar. O investigador do Instituto de Telecomunicações e professor do Departamento de Matemática do Instituto Superior Técnico (IST) lembra que “já existem protótipos de computadores quânticos, mas com um um número muito reduzido de bits”.

É o caso do protótipo da IBM, que tem cinco qubits. “A IBM já anunciou que vai passar a ter 20 bits quânticos e que pretende vender tempo de computação a quem o quiser usar”, conta o investigador português. “Mas só com mais de 40 a 50 bits quânticos se conseguirão fazer alguns cálculos hoje impossíveis em tempo útil com os mais poderosos supercomputadores convencionais”, esclarece Yasser Omar. Em todo o caso, “ainda não é muito claro entre os investigadores quando será atingida a chamada supremacia quântica, embora a Google, que também tem um protótipo de um computador quântico, já tenha dito que vai chegar lá dentro de um a dois anos, o que me parece um cenário demasiado otimista”.

A corrida à supremacia quântica “é uma espécie de jogo do gato e do rato”, afirma o físico do IST. O objetivo central é atingir maior velocidade de cálculo, isto é, resolver um problema em muito menos tempo. E quando os investigadores dos computadores quânticos o conseguem, os seus rivais dos supercomputadores convencionais tentam ultrapassá-los.

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Yasser Omar coordena no Instituto de Telecomunicações (IT) o Grupo de Física da Informação e Tecnologias Quânticas, que há mais de dez anos trabalha nesta área, sendo as experiências de laboratório em comunicações quânticas feitas no polo do IT na Universidade de Aveiro. O investigador está também a estudar os efeitos quânticos em sistemas biológicos como a fotossíntese.

O físico considera que os sensores quânticos “são a tecnologia mais viável e promissora a curto prazo”, no conjunto das tecnologias que têm de ser desenvolvidas para se chegar ao computador quântico universal. Assim, em breve poderão existir aparelhos de maior sensibilidade para medições na imagiologia médica, na georeferenciação ou nos sistemas de segurança. Nestes sistemas, a criptografia quântica nas comunicações “irá oferecer um nível de privacidade muito maior do que o atual, porque permitirá detetar quando estamos a ser escutados, o que não é possível nos computadores clássicos”.