Uma revolução chamada Computação Quântica

Em outubro do ano passado, o periódico científico Nature publicou os resultados de um trabalho realizado pelo Google para construir um computador quântico. A notícia gerou burburinho, uma vez que esse tipo de tecnologia é uma forma totalmente diferente de computação, cuja promessa é a de resolver problemas complexos, até então inacessíveis aos computadores clássicos. O Google criou o Sycamore, um chip capaz de fazer em 200 segundos uma operação de computação que levaria dez mil anos para ser realizada pelo supercomputador mais rápido do mundo.

Com base em princípios da Física Quântica, este tipo de tecnologia promete revolucionar diversos setores, uma vez que os bits quânticos conseguem realizar operações paralelas de maneira praticamente infinita, e não mais binária — representada em zeros e uns, como ocorre na Computação tradicional. Ela segue os princípios da Física Quântica, pelos quais as partículas, quando resfriadas em quase – 273 graus Celsius, passam a representar zero, um ou ambos simultaneamente. Por isto, aumenta exponencialmente a velocidade e a capacidade do processamento de computadores.

Glauco Arbix, professor do departamento de Sociologia da Universidade de São Paulo, explicou em sua coluna na Rádio USP, que a Computação Quântica nasceu nos anos 1980 como uma ideia fundamentalmente difundida pelo físico Paul Benioff, por meio de um documento descrevendo como a Mecânica Quântica poderia impactar a Computação. “De lá para cá, várias empresas gigantes continuam uma batalha e competição intensa para saber quem chega primeiro com o computador quântico, ou seja, um computador que é muito, mas muito mais veloz que os atuais”, explica.
O diferencial da Computação Quântica é que o trabalho é feito com muitos caracteres ao mesmo tempo. Segundo o professor, essa área do conhecimento nasceu com a ideia de impactar a Computação atual. “Esse tipo de computador trabalha com o sistema binário zero e um, simultaneamente, ou seja, ele usa uma unidade denominada ‘Qubit’, um bit quântico. São muitos caracteres ao mesmo tempo, diferentemente dos computadores que conhecemos, que trabalham apenas com dois”, observa.
Para Arbix, se esse computador sair do nível das ideias e se tornar uma realidade comercial, ele equivaleria a um momento novo na história da computação e de todos os sistemas, incluindo os sistemas financeiro e o bancário, que se utilizam de métodos de criptografia e de segurança que, em princípio, são considerados inexpugnáveis. “A Computação Quântica é algo que ainda vai demorar muitos anos, mas já tem investimento de muitas empresas. A expectativa é que, no longo prazo, a Computação Quântica chegue para realmente revolucionar”, afirma.
Nos últimos dois anos, lembra Leonardo Martins, gerente de pesquisa da IBM, foram feitas algumas apresentações, além de estudos publicados que vão além de anúncios de Qubit, chegando a potenciais aplicações. Hoje, a Computação Quântica ainda não resolve problemas do dia a dia, mas deu alguns passos. “Estamos em uma fase de prova de conceito e testes com objetivo de entendermos as aplicações”, aponta. De acordo com o especialista, atualmente, apenas companhias com fôlego financeiro fazem investimentos na área e muitas se associam para pesquisas e desenvolvimento.
A IBM está trabalhando com seus parceiros do IBM Q Network para que a Computação Quântica venha a resolver os principais problemas da sociedade. A empresa está investigando o impacto desta ciência em questões-chave, como a busca de novos produtos químicos para capturar carbono na luta global contra as mudanças climáticas, bem como a descoberta de materiais que poderiam gerar baterias com maior eficiência energética.
Um fator relevante é que a IBM atingiu o Volume Quântico de 32. Esta métrica determina quão poderoso é um computador quântico, incluindo o número de Qubits, conectividade e tempos de consistência, bem como erros de porta e medição, interferência de dispositivos e eficiência do compilador de software de circuito. Quanto maior o VQ, maior a complexidade dos problemas que este tipo de equipamento pode solucionar, como por exemplo, realizar simulações químicas maiores e mais precisas.
De 2016 para cá, todos os anos, a IBM tem dobrado o volume quântico de seus sistemas, segundo dados internos fornecidos pela companhia.
“Simulação de processos químicos e de cenários, além de potenciar a Inteligência Artificial e o Aprendizado de Máquinas são alguns dos casos de uso possíveis para a Computação Quântica”, enumerou Martins, acrescentando que as indústrias energética, de petróleo e gás, financeira e da saúde (com a medicina em geral), são grandes beneficiárias. Na área médica, ele usou como exemplo a adoção para descobertas de remédios e a previsão de estruturas proteicas.
Questões de segurança e criptografia também estão no centro das discussões, sendo que ainda não existem computadores capazes de quebrar a chave criptográfica em pouco tempo. “Isto está no nível de pesquisa e depende do desenvolvimento dos computadores quânticos mas, mantidas as taxas de evolução, chegaremos a esse cenário”, disse.
Longo caminho
Para Bruno Maia, diretor de inovação do SAS para América Latina, a Computação Quântica ainda deve demorar mais uns dez anos para ser comercial. Mas ele não tem dúvidas dos impactos que terá em diversas áreas. Olhando especificamente para tecnologia, Maia aponta que Analytics, Inteligência Artificial e Deep Learning terão ganhos robustos a partir da entrada da Computação Quântica.
“Será uma nova dimensão. Em Analytics, os algoritmos serão capazes de fazer correlações que hoje não são possíveis”, disse Maia, completando que, em IA, o impacto também será gigantesco. Isso porque nesta ciência, o número de variáveis que poderá ser analisado aumentará (e muito) a quantidade de percepções e correlações.
Entre as áreas que podem se beneficiar, de acordo com o Google, estão a química, que usará esses computadores para desenvolver modelos moleculares mais complexos ou simulações que, por sua vez, podem levar à descoberta de medicamentos. Nos serviços financeiros, o impacto será na manipulação de grandes conjuntos de dados para criar produtos, fazer análises de risco ou de segurança.
“De muitas maneiras, o exercício de construir um computador quântico é uma longa lição de tudo o que ainda não entendemos sobre o mundo ao nosso redor. Enquanto o Universo opera fundamentalmente em um nível quântico, os seres humanos não o experimentam dessa maneira. De fato, muitos princípios da Mecânica Quântica contradizem diretamente nossas superficiais observações sobre a natureza. No entanto, as propriedades da mecânica quântica possuem um enorme potencial para a computação”, escreve o CEO do Google, Sundar Pichai, no blog da companhia.
Segundo Pichai, computadores quânticos têm o potencial de resolver problemas que seriam excessivamente complicados ou até impossíveis para máquinas tradicionais, tais como projetar baterias mais eficientes ou descobrir quais moléculas podem ser usadas em remédios mais eficazes ou minimizar as emissões vindas da produção de fertilizantes. Além disso, computadores quânticos também poderiam ajudar a aprimorar tecnologias avançadas, como Aprendizado de Máquinas.
O Google já anunciou que vai disponibilizar esses processadores para pesquisadores acadêmicos, bem como para empresas interessadas em desenvolver algoritmos e criar aplicações para os atuais processadores Noisy Intermediate-Scale Quantum – NISQ.
Paralelamente, a empresa também trabalhará para continuar investindo em equipamentos e tecnologia, com o objetivo de melhorar o computador quântico e torná-lo mais estável nos próximos anos.
Ainda que esteja em nível mais teórico e de experimentação, a Computação Quântica chegará e, quando isso ocorrer, diversos setores serão beneficiados pelo crescimento exponencial da capacidade de processamento que esse novo modelo de executar as informações, que faz uso da Mecânica Quântica permite.
Iniciativas em Computação Quântica
IBM Open Ventures no Brasil  – É uma iniciativa focada em inovação aberta que visa a identificar e integrar scale-ups com soluções que resolvem os desafios mais urgentes de negócios com agilidade e qualidade em projetos transformacionais para diferentes indústrias.
Centro AWS de Computação Quântica – O AWS Center for Quantum Computing reúne experts da Amazon, do Instituto de Tecnologia a Califórnia (Caltech) e institutos acadêmicos de pesquisa para colaborarem entre si em pesquisa e desenvolvimento de novas tecnologias de Computação Quântica.
Cambridge Quantum Computing – CQC – Fundada em 2014, a CQC é uma empresa independente que combina experiência em processamento de informações quânticas, tecnologias quânticas, Inteligência Artificial, química quântica, otimização e reconhecimento de padrões. A CQC projeta soluções, como um compilador independente de plataforma proprietário que permitirá que desenvolvedores e usuários se beneficiem da Computação Quântica, mesmo nas suas formas mais antigas. O CQC também tem um foco crescente nas Quantum Technologies relacionadas à criptografia e segurança.
D-Wave – Fundada em 1999, a D-Wave desenvolve e fornece sistemas, software e serviço de Computação Quântica. Seus sistemas estão sendo usados por grandes organizações o, incluindo Lockheed Martin, Google, Nasa Ames e Volkswagen. A D-Wave recebeu mais de 160 patentes nos Estados Unidos.

Gráfico – Fonte: KPMG