A computação quântica é uma das maiores tendências futuras no mundo da tecnologia e deverá revolucionar áreas em que estão envolvidas enormes quantidades de dados, como a medicina, os transportes, as finanças, a cibersegurança e outras.
O que é a computação quântica?
Antes de definir a computação quântica, uma nota sobre os seus fundamentos: a mecânica quântica. Esta área da física estuda o comportamento das partículas a nível subatómico e a nível microscópico. E são precisamente as descobertas sobre estes comportamentos que os computadores quânticos, que são muito mais rápidos nos seus cálculos do que os sistemas de processamento clássicos, estão a explorar. Isto deve-se ao facto de a computação quântica permitir a realização de uma multiplicidade de operações em simultâneo. Um computador quântico é como ter muitos computadores normais a trabalhar em paralelo
Cúbit, o bit quântico
A grande diferença entre a computação quântica e a computação tradicional reside na unidade básica de informação. O cúbit (também chamado qubit) substitui aqui o bit binário convencional. E a sua grande particularidade é que admite a sobreposição de zeros e uns. Ou seja, pode ser zero e um ao mesmo tempo, e em proporções diferentes. Considerando que o bit de tempo de vida só pode adotar um destes valores de cada vez.
Isto multiplica as possibilidades de um computador quântico, onde a progressão não é linear, mas exponencial. "Um computador quântico de 273 cúbits tem mais memória do que os átomos do universo observável", afirma Alberto Casas, investigador do CSIC e autor do livro A revolução quântica . E já existem computadores de 433 cúbits, como o anunciado pela IBM no final de 2022.
Como é que um computador quântico funciona?
O computador quântico não tem nada a ver, em termos de funcionamento e de aparência, com os computadores tradicionais regidos por chips e transístores, e com muitas placas e circuitos no seu interior. O computador quântico é um dispositivo de computação que utiliza cúbits em vez de bits e aplica princípios da mecânica quântica para efetuar os seus cálculos. Num computador quântico, que tem a forma de um candeeiro de teto volumoso e é constituído por centenas de cabos e condutas, existe apenas um processador ao qual são enviados os sinais de micro-ondas.
Além disso, um computador quântico necessita de condições físicas especiais para funcionar de forma fiável. É por isso que o desenvolvimento de computadores quânticos só é viável em ambientes laboratoriais altamente controlados. Estamos a falar do facto de necessitarem de uma pressão atmosférica quase nula, de um frio extremo (próximo do zero absoluto ou -273°C, uma vez que um mínimo de calor torna os cúbits propensos a erros) e de um isolamento do campo magnético da Terra para evitar que os átomos se movam e colidam. Por outro lado, estes sistemas não funcionam ininterruptamente, como os computadores clássicos, mas em curtos intervalos de tempo; são também complexos em termos de armazenamento e recuperação de informação.
Algoritmos quânticos
Um algoritmo é um conjunto de instruções para resolver um problema específico. Os algoritmos são utilizados para realizar tarefas quotidianas, mas podem tornar-se muito complicados. Em informática, existem muitos tipos. Um dos mais famosos e falados é o algoritmo de pesquisa do Google, que é o que resolve uma pesquisa de informação e a apresentação de resultados. Outros algoritmos são utilizados para recomendar conteúdos numa rede social ou numa plataforma de streaming.
A computação quântica leva os algoritmos a outro nível com o seu enorme poder computacional. De facto, os algoritmos são o verdadeiro combustível dos computadores quânticos. A computação quântica não possui um código e linguagens de programação próprios (como Java ou Python) e baseia-se apenas em algoritmos muito específicos.
Os peritos já estão a testar algoritmos quânticos capazes de decifrar sistemas de encriptação tradicionais, o que desafiaria muitas das ferramentas de cibersegurança atualmente existentes. Os algoritmos quânticos também se revelaram particularmente eficazes na resolução de problemas matemáticos que os computadores clássicos consideravam impossíveis. Como o algoritmo de Shor, capaz de decompor um grande número composto nos seus fatores primos.
Diferenças em relação ao computador convencional
Os computadores quânticos não são uma ferramenta comum e quotidiana. Devido às suas características físicas únicas, só os veremos em ambientes laboratoriais ou centros de dados. E não se trata de um simples ambiente de trabalho, como um PC ou um servidor tradicional. Afinal de contas, trata-se de uma tecnologia de instalação muito dispendiosa. Porque, entre outras coisas, e como já dissemos, os cúbits são muito sensíveis a erros e interferências. No entanto, será cada vez mais comum que pessoas fora destes ambientes se liguem através da Internet a computadores quânticos e os utilizem para acelerar os seus cálculos.
Aplicações
O extraordinário poder computacional dos computadores quânticos torna-os interessantes em domínios em que estão envolvidas grandes quantidades de dados. No sector financeiro, por exemplo, permitirão a otimização das carteiras de investimento, a análise de riscos e a melhoria dos sistemas de deteção de fraudes. Na medicina, ajudarão a desenvolver medicamentos e tratamentos personalizados e na investigação genética. No mundo dos transportes, a computação quântica pode ajudar a otimizar os percursos, identificando as melhores rotas em termos de custo, tempo ou poluição. Na indústria aeroespacial, pode contribuir para o desenvolvimento de novos materiais, para a otimização dos voos ou para a atribuição de aeronaves nos aeroportos. E estes são apenas alguns exemplos das possibilidades dos computadores quânticos.
Computação quântica e cibersegurança
Uma das maiores aplicações da computação quântica é o mundo da cibersegurança para empresas. Permite a criação de algoritmos de encriptação muito mais avançados do que os existentes atualmente. No entanto, esta vantagem também se torna uma ameaça, uma vez que este novo paradigma computacional também é capaz de derrubar os mecanismos de encriptação convencionais. Descobrir os modelos de palavra-passe e de certificado será uma tarefa muito simples para estas máquinas. Atualmente, a computação quântica não constitui uma ameaça porque está limitada a algumas instalações em todo o mundo, mas a sua popularização no futuro pode fazer com que caia nas mãos erradas. Com todo o perigo que isso implicaria.
Computação quântica e processamento de dados
No processamento de dados, a computação quântica tem potencial para acelerar tarefas como a pesquisa em grandes bases de dados, a otimização de rotas logísticas e a inteligência empresarial, bem como a simulação de sistemas físicos. Já o vimos na secção sobre as aplicações desta tecnologia no mundo dos negócios e no domínio da investigação.O futuro rumo à supremacia quântica
Até ao final de 2022, foram alcançados 433 cúbits em processadores quânticos, como o Osprey da IBM. No entanto, prevê-se que ultrapasse os 4.000 cúbits nos próximos três anos. A longo prazo, existem também planos ambiciosos. A própria IBM estabeleceu o objetivo de construir uma máquina de 100.000 cúbits no prazo de 10 anos. O desenvolvimento de computadores quânticos em grande escala também está em cima da mesa. A Google, por seu lado, também está a sonhar em grande e quer atingir um milhão de cúbits até ao final da década. E a PsiQuantum, sediada na Califórnia, também tem como objetivo atingir 1 milhão de cúbits numa única máquina, embora não tenha dito quando isso acontecerá. As grandes potências consideram as tecnologias quânticas estratégicas e estão a dedicar recursos substanciais ao seu desenvolvimento. A China, por exemplo, lançou um programa de cinco anos que lhe custará milhares de milhões de dólares. Ninguém quer ficar para trás.
