“Computação Quântica”: Estágio atual

Em 2018, nos Estados Unidos, estive presente na apresentação do “protótipo” do Computador Quântico da IBM, denominado de “IBM Q System One”, com a versão “comercial” sendo apresentada ao público em janeiro de 2019, durante a CES (Consumer Electronics Show) um dos maiores eventos de tecnologia do mundo, realizado anualmente na cidade de Las Vegas.

Passados oito anos (tempo extremamente longo, em relação a desenvolvimento tecnológico), achei oportuno escrever sobre o estágio atual (de uma forma genérica) desta tecnologia, principalmente devido ao fato que aqui na Paraíba – graças a investimentos do Governo do Estado em parceria com o MCTI – Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação – em breve teremos um Centro de Pesquisa voltado para esta área, denominado de “Centro Internacional de Computação Quântica (Ciquanta)”.

Nos últimos anos, a chamada “Tecnologia Quântica” deixou de ser apenas um conceito teórico e passou a ocupar um espaço concreto nos laboratórios, centros de pesquisa e grandes empresas de tecnologia ao redor do mundo. Gigantes como a IBM, Google e Microsoft, além de diversas startups, já investem bilhões de dólares no desenvolvimento dessa nova geração da computação, que promete resolver problemas hoje considerados praticamente impossíveis para os “computadores tradicionais”.

Apesar do entusiasmo e dos investimentos, especialistas apontam que ainda estamos em uma fase inicial, com avanços importantes, mas também com limitações claras.

De uma forma simples, a principal diferença entre os computadores atuais e os quânticos está na unidade básica de processamento. Enquanto os computadores convencionais utilizam “bits” (que assumem valor 0 ou 1) os Computadores Quânticos utilizam “qubits” (ou bit quântico, que é a “unidade básica de informação usada para codificar dados em computação quântica”), que “representam múltiplos estados ao mesmo tempo”.

“Computação Quântica”: Estágio Atual (II)

Esse fenômeno, conhecido como “superposição”, combinado com outro chamado “entrelaçamento quântico”, permite que esses sistemas processem um grande volume de “possibilidades simultaneamente”. Permitindo assim, resolver certos problemas de forma infinitamente mais rápida que os sistemas atuais.

Na prática, isso significa um enorme potencial para acelerar cálculos complexos em áreas como pesquisa de novos medicamentos, otimização de rotas logísticas, modelagem financeira, desenvolvimento de novos materiais, criptografia e aplicações em segurança cibernética. Além é claro, do uso em soluções (sistemas) de IA (Inteligência Artificial), que demandam muita capacidade processamento.

Apesar desse potencial, o estágio atual do “hardware quântico” ainda é considerado inicial. As máquinas existentes já conseguem operar com dezenas, centenas e, em alguns casos, mais de mil qubits. No entanto, esses sistemas são altamente sensíveis a interferências externas, o que gera erros frequentes nos cálculos.

Para funcionar, muitos desses computadores precisam operar em temperaturas próximas do zero absoluto (-273,15 °C), utilizando estruturas extremamente sofisticadas e caras.

Se por um lado o hardware ainda enfrenta limitações, o desenvolvimento de “software quântico” avança de forma bem mais rápida. Plataformas como o Qiskit, da IBM, e o Cirq, do Google, já permitem que programadores desenvolvam algoritmos quânticos utilizando linguagens de programação conhecidas, como a Python.

“Computação Quântica”: Estágio Atual (III)

Além disso, cresce a opção pelo modelo de computação híbrida, no qual “sistemas tradicionais e os novos quânticos” trabalham em conjunto, aproveitando o melhor de cada tecnologia.

Esse modelo tem sido apresentado como o caminho mais viável (e mais barato) no curto prazo, já que os computadores quânticos ainda não conseguem operar de forma independente em larga escala.

Outro ponto relevante é o acesso à tecnologia. Diferente do que muitos imaginam, já é possível utilizar hoje computadores quânticos por meio da “nuvem”. Empresas oferecem plataformas online onde pesquisadores, universidades, empresas e até desenvolvedores individuais, podem testar algoritmos em máquinas reais.

Isso tem acelerado o aprendizado e a formação de profissionais na área, criando um Ecossistema que deve se expandir rapidamente nos próximos anos (daí a importância, estratégica, de se ter o “Ciquanta”, aqui na Paraíba).

A IBM por exemplo, pretende disponibilizar em 2029, seu novo computador quântico, o “IBM Quantum Starling”. Que será um supercomputador quântico de alta escala, capaz de realizar 100 milhões de “operações quânticas”.

No campo econômico, a tecnologia quântica também ganha relevância. O mercado global já movimenta alguns bilhões de dólares e apresenta projeções de crescimento acelerado nos próximos anos.

Governos de vários países têm lançado programas estratégicos para não ficar para trás nessa “corrida” tecnológica, considerando que a computação quântica (em conjunto com a tecnologia de IA) pode redefinir setores inteiros da economia e até impactar a geopolítica mundial.

Um dos temas mais sensíveis ligados a essa evolução, é a Segurança Cibernética. Os sistemas de criptografia atuais, que protegem desde transações bancárias até comunicações militares e na Internet, podem se tornar vulneráveis quando computadores quânticos mais avançados estiverem disponíveis.

Isso ocorre porque esses sistemas de criptografia são baseados em problemas matemáticos difíceis de serem “resolvidos” pelos computadores tradicionais, mas potencialmente fáceis (e rapidamente) para máquinas quânticas.

“Computação Quântica”: Estágio Atual (IV)

Como resposta a essa preocupação, já está em desenvolvimento a chamada “criptografia pós-quântica”, que busca criar padrões de segurança resistentes a esse novo cenário, em um verdadeiro jogo de “defesa contra ataque”.

Olhando para os próximos dois anos, a expectativa é de avanços consistentes, porém sem uma “explosão” imediata no uso popular da computação quântica (muito longe do que vem acontecendo com o uso de IA).

No hardware, devem surgir equipamentos mais estáveis/confiáveis, com maior número de qubits e menor taxa de erro (como o da IBM, mencionado acima), embora ainda restritos a aplicações específicas.

No software, a tendência é ter ferramentas mais acessíveis e maior integração com sistemas empresariais.

Também deve crescer o uso da computação quântica via nuvem (um computador quântico com cerca de 100 qubits já está disponível comercialmente, para uso na “nuvem”), permitindo que empresas utilizem essa tecnologia sem precisar investir em infraestrutura.

Além disso, alguns setores devem começar a colher resultados práticos mais claros, especialmente em áreas como indústria farmacêutica, energia, gestão de dados/informações, logística e finanças.

Nesses casos, a computação quântica poderá oferecer vantagens reais em problemas muito específicos, marcando o início de uma adoção mais firme no ambiente empresarial e de governo.

Essa tecnologia “não é mais uma promessa distante, mas também ainda não é uma realidade do dia a dia”. Trata-se de uma tecnologia em transição e em evolução, mas que ainda precisa superar barreiras técnicas importantes antes de atingir seu pleno potencial.

Os próximos anos serão decisivos para transformar esse enorme potencial, em aplicações práticas que impactem diretamente a sociedade e a economia global.