O que são Tecnologia Quântica e Computação Quântica?

A informação circulou apenas em veículos especializados: o Conselho Nacional de Ciência e Tecnologia dos Estados Unidos publicou, em setembro, sua nova estratégia para o desenvolvimento da Ciência da Informação Quântica (CIC).

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O relatório de 15 páginas recomenda objetivos que o governo de Donald Trump deve perseguir para desenvolver e fortalecer suas capacidades de tecnologia quântica – que, basicamente, consiste em trocar o sistema binário atual da computação tradicional por um sistema baseado em pequenas moléculas, o que permitiria uma ampliação exponencial na forma como se processa informação.

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Para discutir as estratégias apresentadas, foram convidados à Casa Branca funcionários do governo e representantes das grandes empresas tecnológicas e financeiras do país, como Alphabet (holding que engloba o Google), IBM, JP Morgan Chase, Lockheed Martin, Honeywell e Northrop Grumman (essas três últimas dedicadas à indústria aeroespacial e de defesa).

Também foi anunciado um investimento de US$ 249 milhões (R$ 966,5 milhões) para levar a cabo 118 projetos vinculados a esse campo científico.

Do outro lado do mundo, na China, está em curso um movimento similar: o governo de Pequim está construindo um novo Laboratório Nacional de Ciências da Informação Quântica em Hefei, a um custo de US$ 10 bilhões, que deve ser inaugurado em 2020.

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Isso ocorre após o lançamento, há dois anos, do que foi descrito como o primeiro satélite quântico de comunicações, e do anúncio, em 2017, da criação de uma rede de comunicações supostamente “impossível de ser invadida” e à qual só têm acesso 200 usuários: militares, servidores públicos e funcionários de empresas privadas em cargos sênior.

Mapa da China sobre sequência bináriaA China tem investido em satélite quântico e em laboratório científico

 

O fato de as duas maiores potências globais estarem competindo no desenvolvimento de tecnologia quântica demonstra a importância desse campo que, para alguns teóricos, é tão poderoso que pode transformar o mundo.

O que é a computação quântica?

Em vez de usar “um” e “zero” em sequências longas, como na computação clássica, um bit quântico – ou qubit – usa as propriedades das partículas subatômicas.

Elétrons ou fótons podem estar, por exemplo, em dois estados ao mesmo tempo – um fenômeno chamado superposição. Como resultado, um computador de qubit pode fazer cálculos muito mais rapidamente que um computador convencional.

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“Se você tem um computador de dois qubits e você adiciona dois qubits, terá um computador de quatro qubits, mas não vai dobrar a potência do computador – vai fazer com que cresça exponencialmente”, explicou à BBC Martin Giles, chefe do escritório de San Francisco da publicação MIT Technology Review.

Dessa forma, as tecnologias quânticas prometem uma revolução na forma como se processa a informação, afirma Alejandro Pozas-Kerstjens, pesquisador do Instituto de Ciências Fotônicas de Barcelona, na Espanha, e do Grupo de Teoria da Informação Quântica.

“Toda a informação se codifica em um sistema binário – em zeros e uns -, mas, por volta dos anos 1960, descobriu-se que o lugar onde essa informação é armazenada pode levar a diferenças no que se pode fazer com ela”, diz.

“Ou seja, posso gravar uma informação clássica em um chip de computador, como fazemos atualmente, mas também podemos armanezar esses zeros e uns em outros sistemas menores, a exemplo de átomos únicos ou pequenas moléculas. O comportamento desses átomos e moléculas, por serem tão pequenos, é ditado por outras regras: as do mundo quântico.”

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O objetivo da Ciência da Informação Quântica, portanto, é usar essas novas propriedades quânticas para melhorar o processamento e a transmissão da informação, entre outros benefícios.

código binário
Uso da tecnologia quântica permitiria processamento de informação muito superior ao do sistema binário

A promessa é de que a CIC sejam uma revolução na forma como processamos as informações, o que deve abrir milhares de possibilidades em setores como saúde, ciência e sistemas de defesa. É por esses motivos que as nações mais poderosas do mundo têm competido pela dianteira nessa área.

Satélite quântico

A julgar pelos avanços apresentados até agora no campo da tecnologia quântica, talvez a China esteja um passo à frente.

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Em 2016, Pequim anunciou que havia lançado o primeiro satélite de comunicações quântico e, um ano depois, declarou que havia conseguido utilizar esse satélite para estabelecer comunicações criptografadas que não poderiam ser decifradas por agentes externos.

“Foram dois experimentos: o primeiro conseguiu uma comunicação quântica com o satélite a partir da Terra e, depois, aproveitou-se esse satélite para realizar comunicação entre dois pontos em terra, com sinal criptografado quanticamente”, explica Pozas-Kerstjens.

Essa capacidade de saber se uma informação foi interceptada ou se chegou corretamente a seu destino não pode ser obtida com as tecnologias tradicionais nem com os métodos de transferência de informação que usamos atualmente.

Os experimentos chineses ainda são, no entanto, projetos-piloto. “Eles provaram que pode ser feito, mas, no momento, não se alcançou a viabilidade para aplicações amplas (em escala) industrial”, diz Pozas-Kerstjens.

Ilustração de computadorComputador quântico é por enquanto uma espécie de ‘Santo Graal’ que países e empresas buscam desenvolver

 

‘Santo Graal’

Tampouco se alcançou essa viabilidade no campo da computação quântica. Várias empresas de diversos países estão tentando desenvolvê-la – algo que, por enquanto, está no nível experimental, mas não comercial.

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“O computador quântico é, por enquanto, um Santo Graal”, prossegue Pozas-Kerstjens. “É a direção na qual se movem, direta ou indiretamente, todos os esforços no campo da Ciência da Informação Quântica.”

A computação clássica, que trabalha em bits, opera a informação só em dois estados: zero ou um (aceso ou apagado). Já a quântica, por sua vez, trabalha também com a superposição de ambos estados e usa o movimento de partículas subatômicas para processar dados em quantidades impossíveis para a computação clássica.

Embora atualmente essa tecnologia esteja ainda em nível teórico, a expectativa é de que, em algum momento, sejam concluídos os cálculos que farão os computadores tradicionais parecerem obsoletos.

Nos Estados Unidos, empresas como IBM, Google e Microsoft estão desenvolvendo seus próprios computadores quânticos. O mesmo está acontecendo na China, com empresas locais como Alibaba e Baidu.

Mas não é nada fácil construir computadores quânticos: o principal problema é o número de bits quânticos que um computador será capaz de alcançar. Há relatos de que o Google esteja na dianteira, com o desenvolvimento de um processador com potência de qubits.

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Além disso, existem obstáculos de manutenção, uma vez que esses futuros computadores exigem temperaturas extremamente baixas para conseguirem operar. O desenvolvimento de computadores quânticos que funcionem a temperatura ambiente é um dos pontos principais das pesquisas em curso.

Revolução

Para Pozas-Kerstjens, a tecnologia quântica tem potencial revolucionário semelhante ao dos primeiros computadores pessoais, por mudar a forma como “fazemos coisas que hoje custam muito caro, como a fabricação de medicamentos ou a otimização de rotas de tráfego para reduzir o gasto com combustíveis”.

ComputaçãoDireito de imagemGETTY IMAGES
Image captionPara especialista, tecnologia quântica tem potencial revolucionário semelhante ao dos primeiros computadores pessoais

“Esse tipo de coisa será um problema solucionável com um computador quântico”, diz ele.

Mas talvez o maior interesse dos governos seja pelo potencial quântico no âmbito da defesa – desde realizar comunicações mais seguras até conseguir deter aeronaves intrusas.

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E será que alguém está de fato ganhando essa disputa? Para Pozas-Kerstjens, é uma “corrida de muitas cabeças” competindo bem de perto.

“Talvez possamos dizer que na computação quântica a dianteira seja dos Estados Unidos, mas, no campo das comunicações quânticas, é a China”.

Via: bbc

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