Computador quântico: o que é, explicado de um jeito simples

Um computador quântico é uma máquina que processa informação usando as regras da física quântica, as mesmas que descrevem o comportamento de átomos e partículas. Em vez de bits, que valem 0 ou 1, ele usa qubits, que podem combinar esses dois estados ao mesmo tempo durante o cálculo. Isso não o torna um computador comum mais rápido, e sim uma ferramenta diferente, muito boa para alguns tipos específicos de problema. O tema voltou ao noticiário porque a IBM anunciou que seu novo processador quântico, o Nighthawk r2, completou uma tarefa de teste em 19 segundos, algo que levaria cerca de 110 anos em um supercomputador convencional.

O recorde do processador da IBM

O Nighthawk r2 executou uma tarefa chamada amostragem de circuitos aleatórios, muito usada para medir o desempenho de máquinas quânticas. O experimento usou 61 qubits programáveis.

O destaque está na velocidade. A nova arquitetura reduziu drasticamente o tempo de espera entre os ciclos de processamento, para até 1 microssegundo, e o hardware passou de 100 mil execuções por segundo. A geração anterior, o processador Heron, fazia cerca de 4 mil.

O experimento está disponível pela nuvem, o que permite a pesquisadores e desenvolvedores reproduzir os resultados. O estudo foi publicado no arXiv, um repositório de artigos científicos, e ainda aguarda revisão formal pela comunidade científica. Ou seja, os números são promissores, mas ainda vão passar pelo crivo de outros especialistas.

É importante entender o que esse tipo de teste significa. A amostragem de circuitos aleatórios é pensada justamente para ser muito difícil para computadores comuns e natural para máquinas quânticas. Ela serve como medida de capacidade, mas não resolve, por si só, um problema prático do dia a dia.

Bit e qubit, sem matemática

Todo computador comum, do celular ao supercomputador, trabalha com bits. Um bit é como um interruptor: ou está desligado (0) ou ligado (1). Fotos, textos e vídeos são, no fundo, sequências enormes desses zeros e uns.

O qubit é a versão quântica do bit. Antes de ser medido, ele pode estar em uma combinação de 0 e 1 ao mesmo tempo, o que os físicos chamam de superposição. Uma comparação comum é a de uma moeda girando no ar: enquanto gira, ela não é só cara nem só coroa. Quando cai, ou seja, quando o qubit é medido, ela assume um dos dois resultados.

Emaranhamento

Os qubits também podem ser emaranhados. Nesse estado, eles ficam ligados de tal forma que o resultado de um está relacionado ao do outro, mesmo que estejam separados. Isso permite que um conjunto de qubits represente e manipule muitas possibilidades de forma conjunta.

Interferência

O truque final é a interferência. Os algoritmos quânticos são montados para que os caminhos que levam às respostas erradas se cancelem e os que levam à resposta certa se reforcem, como ondas na água que se somam ou se anulam. Assim, ao medir, a chance de obter o resultado desejado fica alta.

O que ele faz melhor que um computador comum

Um computador quântico não é melhor em tudo. Para navegar na internet, editar planilhas ou jogar, um computador comum continua sendo a escolha certa. A vantagem aparece em problemas com uma quantidade gigantesca de combinações.

Um exemplo é a simulação de moléculas, útil para criar remédios, fertilizantes e baterias. A natureza, nesse nível, segue as regras quânticas, e por isso uma máquina quântica tende a simulá-la melhor. Outros campos estudados são a otimização, como encontrar as melhores rotas ou combinações em problemas logísticos, e a criptografia, já que algoritmos quânticos teóricos poderiam quebrar alguns sistemas de proteção usados hoje. Por isso, especialistas já trabalham em métodos de criptografia resistentes a computadores quânticos.

Por que ele ainda não vai estar na sua mesa

Os qubits são extremamente sensíveis. Calor, vibração e interferências elétricas podem desfazer a superposição e gerar erros, um fenômeno chamado decoerência. Para evitar isso, muitos computadores quânticos, como os da IBM, usam circuitos supercondutores mantidos em temperaturas próximas do zero absoluto, dentro de grandes refrigeradores.

Além disso, as máquinas atuais ainda erram bastante e precisam de técnicas de correção de erro que consomem muitos qubits extras. Por isso, o caminho mais comum hoje é o acesso pela nuvem: empresas e pesquisadores enviam seus programas pela internet, e eles rodam em máquinas instaladas em laboratórios especializados.

Uma corrida que está só começando

Grandes empresas de tecnologia, universidades e governos investem em computação quântica há anos. Em 2019, o Google anunciou que seu processador havia feito um cálculo que seria impraticável para supercomputadores, o que ficou conhecido como supremacia quântica. Desde então, cada novo anúncio aumenta o número de qubits, reduz erros ou acelera as execuções.

O resultado do Nighthawk r2 se encaixa nesse movimento. O desafio daqui para frente é sair dos testes de desempenho e chegar a aplicações úteis, em que a máquina quântica resolva um problema real melhor do que qualquer computador comum.

Perguntas frequentes

O que é um computador quântico?

É uma máquina que usa as regras da física quântica para processar informação. Em vez de bits, que valem 0 ou 1, ela usa qubits, que podem combinar os dois estados durante o cálculo.

Qual foi o recorde do processador quântico da IBM?

O Nighthawk r2 completou uma tarefa de amostragem de circuitos aleatórios em 19 segundos, usando 61 qubits, algo que levaria cerca de 110 anos em um supercomputador convencional. Ele chegou a mais de 100 mil execuções por segundo.

Computador quântico vai substituir o computador comum?

Não. Ele é indicado para problemas específicos, como simular moléculas e otimizar combinações complexas. Para as tarefas do dia a dia, o computador comum continua sendo mais prático e eficiente.

Dá para usar um computador quântico hoje?

Sim, pela nuvem. Empresas como a IBM oferecem acesso remoto às suas máquinas, e o próprio experimento do Nighthawk r2 está disponível dessa forma para pesquisadores e desenvolvedores.