Bits de Schrödinger: o que são computadores quânticos (e por que essa revolução vai demorar)
0 ou 1? Na dúvida, ambos. Entenda essa tecnologia e suas consequências para o futuro – que são fascinantes e perigosas em igual medida.
Toda informação que um computador processa está escrita em código binário: 0 ou 1. Essa escolha entre duas opções é um bit, a unidade de medida de informação mais básica. Dentro do seu celular ou notebook, há bilhões de interruptores minúsculos, chamados transistores, que representam fisicamente os bits: em qualquer dado momento, eles podem estar ligados (um) ou desligados (zero).
Um computador quântico funciona parecido, só que com bits especiais, chamados (adivinhe!) bits quânticos, ou qubits. Os qubits também podem assumir os valores 1 ou 0. Mas há um terceiro estado possível: os dois ao mesmo tempo.
Isso se deve a uma propriedade do mundo quântico chamada superposição. É impossível prever o local exato em que um elétron qualquer está. Só podemos calcular a probabilidade de que essa partícula apareça em algum lugar. Essa não é uma limitação tecnológica dos detectores: é uma barreira que a própria natureza impõe à compreensão do Universo em pequena escala.
Se você tenta medir onde o elétron está, ele desiste dessa coisa de estar 70% aqui e 30% acolá e “decide” se manifestar como um pontinho, em um só lugar do espaço. Isso é chamado de colapso de função de onda, e descobrir como e por que ele ocorre ainda é um tópico de discussão filosófica.
Por causa dessa maluquice, qubits não são apenas 0 ou 1: são uma combinação dos dois ao mesmo tempo. Se os bits normais funcionam no esquema cara ou coroa, qubits são como moedas girando, sem jamais cair.
Uma segunda bizarrice do mundo quântico é o chamado emaranhamento (ou entrelaçamento) quântico. Nele, duas ou mais partículas podem estar vinculadas, de modo que o que acontece com uma afeta a outra imediatamente – mesmo que elas estejam separadas no espaço.
Num computador quântico, os qubits estão emaranhados para trabalhar em equipe numa mesma missão. Quanto mais deles houver, melhor.
Para entender por que isso é revolucionário, vamos de exemplo. Imagine um bot que tenta achar a saída de um labirinto. Um computador comum testaria cada caminho, um por um, até encontrar a solução. Ele faz isso muito rápido, mas ainda precisa averiguar cada combinação possível de zeros e uns.
Já um computador quântico consideraria todas as rotas de uma vez, porque todos os seus bits já são zeros e uns ao mesmo tempo. Cada rota, em última instância, é representada por um longo trecho de código binário, e ele roda todos esses códigos ao mesmo tempo, em superposição.
Na prática, é difícil construir esses aparelhos. A superposição só dura em condições muito específicas, quando a máquina está em um estado chamado de coerência quântica. Qualquer mínima interferência do ambiente – uma vibração ou uma variação de temperatura – faz os qubits abandonarem a ambiguidade e assumirem um valor fixo. Essa fragilidade leva a uma alta taxa de erros, que permanece sem solução.
Os computadores quânticos que já existem – você vê a foto de um ao lado, com aparência de um lustre – funcionam apenas em ambientes climatizados, só um pouquinho acima do zero absoluto (-273 ºC). Por enquanto, eles contêm só algumas dezenas de qubits. Microsoft, IBM, Google e Amazon estão a alguns anos (ou até décadas) de viabilizar computadores quânticos em larga escala.
Essa seria uma façanha revolucionária. Por exemplo: permitiria à indústria farmacêutica descobrir novos medicamentos em questão de dias, não anos. Se você pensar no princípio ativo de um medicamento como uma chave – e em nosso corpo como um enorme cardápio de fechaduras bioquímicas –, fica fácil concluir que testar todas as chaves possíveis ao mesmo tempo é um atalho valioso.
Mas também há problemas – como tornar obsoletos os métodos de criptografia atuais. Hoje, nossas transações bancárias e todas as outras atividades cibernéticas que exigem sigilo são protegidas por chaves que só podem ser acessadas após a resolução de operações matemáticas complexas.
Os principais protocolos de criptografia atuais se baseiam na constatação de que todos os números, não importa o quão grandes, podem ser fatorados. Em matematiquês, “fatorar” significa descobrir qual é a sequência mais curta de números primos que, multiplicados uns pelos outros, dão um certo resultado (um número primo, relembrando, é aquele que só é divisível por um e por si mesmo).
As fatorações são o CPFs dos números. Existe uma, e apenas uma, sequência de primos para cada um deles. O 8, por exemplo, é 2 x 2 x 2. O 6 é 2×3. O 11 é o próprio 11, já que ele é um primo. Não há dois outros números que se possa multiplicar para encontrá-lo.
Conforme progredimos rumo ao infinito e além, a coisa fica perigosamente cabeluda. Demora muito para descobrir que 228.719 é o resultado de 439 x 521, por exemplo. Quando há centenas ou milhares de dígitos em jogo, leva milhares de anos para as máquinas encontrarem a resposta.
Isso cairá por terra, porém, quando os computadores quânticos entrarem na jogada. Com o superpoder que os qubits oferecem, um cálculo parrudo desses seria resolvido em dias, horas, minutos. Ainda estamos longe: o maior número que um computador quântico conseguiu fatorar até agora foi 21 (a máquina descobriu que os números multiplicados foram 7 e 3. Tadinha).
Por outro lado, que bom que o futuro ainda não chegou. Especialistas cunharam o termo Y2Q (years to quantum, ou “anos até a quântica”) para se referir ao prazo que temos para nos prepararmos para essa mudança de paradigmas.
Uma alternativa é apostar na chamada criptografia pós-quântica, que se valeria de outros problemas matemáticos – tão complexos que mesmo os qubits não dariam conta de resolver.
Esse campo de pesquisa, porém, é ainda altamente teórico, e há cientistas céticos de que ele possa ir para frente – algo que julgamos impossível de ser resolvido por um computador quântico hoje pode ter uma solução que ainda nem sonhamos. A corrida armamentista pela proteção de dados poderá redefinir o cotidiano, a política e até conflitos armados. Por ora, o futuro permanece incerto, em superposição. Que essa função de onda demore a colapsar.
Os computadores quânticos já existem, mas só funcionam em temperaturas próximas do zero absoluto (-273 graus Celsius). Ainda levará uns bons anos até que sejam produzidos em larga escala.
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