A corrida pelo supercomputador que irá mudar o mundo como conhecemos

Ainda que a Lei de Moore (que afirma que a cada 18 meses o poder de processamento dos computadores dobraria) há muito tempo tenha passado de uma profecia feita em 1965 para a realidade do desenvolvimento da informática, muitos cientistas acreditam ser necessário tornar os computadores ainda mais rápidos e eficientes — e que isso só é possível com a computação quântica.

Diversos profissionais da área de tecnologia, como físicos, engenheiros e pesquisadores, se dedicam para construir o primeiro supercomputador quântico, que poderia ser utilizado para criar criptografias mais seguras e acelerar a descoberta de novos medicamentos. Líderes no setor da informática tradicional, como IBM, Intel, Google e Microsoft, também se destacam nas pesquisas de computação quântica, como já se poderia esperar.

Mas o que é computação quântica?

Computadores quânticos são supermáquinas que, ao contrário dos computadores normais, não utilizam grandes sequências de “0” e “1” (a chamada linguagem binária) para suas atividades. Ao invés disso, eles utilizam como base de seus cálculos a propriedade de superposição de partículas subatômicas, que permitem que prótons e elétrons estejam em dois estados diferentes ao mesmo tempo.

Assim, os computadores quânticos não possuem o “bit” como a menor unidade de medida de informação, mas sim o qubit. Diferente do bit tradicional, o qubit não trabalha de forma incremental, mas sim exponencial. De acordo com os cientistas, uma forma de comparar os dois tipos de computação é utilizando o exemplo de um labirinto: enquanto o computador tradicional resolveria um labirinto escolhendo um caminho de cada vez, o computador quântico teria capacidade para trilhar vários caminhos ao mesmo tempo, o que o torna muito mais eficiente do que qualquer máquina tradicional.

Além disso, devido a um fenômeno chamado entrelaçamento, os qubits conseguem influenciar uns aos outros mesmo quando não estão fisicamente conectados, o que permite saltos lógicos que são simplesmente impossíveis na computação tradicional.

A cruz do desenvolvimento

Apesar de todas as vantagens desse tipo de tecnologia, o fato de trabalhar com propriedades subatômicas das partículas faz com que o qubits sejam altamente instáveis, e sofrendo interferências de qualquer fonte de energia nas proximidades, o que leva a erros de cálculos graves. Assim, o verdadeiro desafio da computação quântica não é necessariamente criar computadores que utilizem os qubits, mas formas de estabilizar esses qubits que possam ser produzidas em larga escala.

Computador quântico da IBM

Uma das alternativas para essa estabilização são os supercondutores transmon, utilizados principalmente nas pesquisas de computação quântica da IBM. A empresa já possue três protótipos de processadores quânticos que utilizam esses supercondutores, que podem ser acessados por pesquisadores através da nuvem. De acordo com o vice-presidente de estratégia e ecossistema de computação quântica da IBM Research, Robert Sutor, mais de 90 mil pessoas já acessaram os processadores quânticos da empresa pela nuvem, e até o momento 110 artigos científicos que o utilizaram para diferentes experimentos foram publicados.

Apesar de já estar num estágio avançado de desenvolvimento, o grande problema dessa tecnologia é a impossibilidade de replicá-la em larga escala. Isso acontece porque, para que esses processadores funcionem, eles precisam ficar armazenados em uma enorme geladeira, com temperatura próxima do zero absoluto para garantir que os qubits não sofram interferências na operação.

De acordo com Joseph Fitzsimons, pesquisador do Centro de Tecnologias Quantum da Universidade Nacional de Cingapura, é bem provável que os primeiros computadores do tipo utilizarão a tecnologia usada pela IBM, mas que eles serão análogos aos primeiros computadores de tubos de vácuo (ou seja, serão utilizados apenas por institutos de pesquisas), e que uma outra tecnologia deverá aparecer para que esses computadores possam ser produzidos em larga escala — assim como foram os transistores na computação tradicional.

Modelo dos primeiros computadores de tubos de vácuo

Entre outras possíveis soluções, estão a utilização de qubits mais estáveis, baseados em partículas que o Instituto Niels Bohr, da Dinamarca, chama de “partículas Majorana”; há também as pesquisas da Universidade de Oxford, que ao invés de criar grandes computadores com vários qubits, está tentando fazer com que várias pequenas máquinas de poucos qubits consigam trabalhar operando todas as mesmo tempo como se fossem um único computador. Existem também tentativas de prender os qubits em silício, o que faria com que computadores quânticos utilizassem o mesmo material dos processadores atuais.

Qual a importância disso?

Mesmo que a existência de computadores quânticos estáveis e produzidos em larga escala ainda esteja longe de ser tornar realidade, a corrida para o desenvolvimento desses aparelhos já tem trazido resultados palpáveis.

Uma das principais inovações geradas por essa pesquisa é o do algoritmo Exascale, que permite que um computador tradicional resolva problemas praticamente na mesma velocidade que um computador quântico, e deverá ser a base da próxima geração de computadores.

Além do algoritmo, a corrida pelo primeiro computador quântico também já proporcionou a descoberta de melhores métodos para o resfriamento de dispositivos eletrônicos, o aprimoramento de chips baseados em luz que melhoram a performance da banda larga de fibra ótica, e a invenção de tecnologias que aceleram o diagnóstico de doenças.

De acordo com o professor Robert Young, diretor do Centro de Tecnologias Quantum da Universidade de Lancaster, a corrida pelo supercomputador é equivalente à corrida espacial sobre quem chegaria primeiro à Lua: o objetivo em si é o que menos importa, pois são as tecnologias periféricas desenvolvidas para se alcançar esse objetivo que farão a diferença na vida das pessoas. O ponto do professor é importante: foi a corrida espacial pela chegada à Lua que nos proporcionou tecnologias que hoje utilizamos no dia a dia, como o sistema de navegação por GPS e a caneta esferográfica. E, provavelmente, novas tecnologias que ainda não sabemos que precisamos deverão surgir da corrida pelo supercomputador mais rápido.

via Canaltech

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