Porque vamos precisar da computação quântica?

Computação quântica ainda é sinónimo de simuladores. Mas o que significará, quando chegar ao mercado? “É um novo paradigma pelo qual a computação baseada nas regras da física clássica, desenvolvida mediante transístores, é substituída por uma nova computação baseada na mecânica quântica e no princípio de sobreposição”, explica Albert Trill, HPC senior expert na Atos.

A melhor analogia, diz, pertence a Seth Loyd, professor de engenharia e física do MIT: “A computação clássica é um cantor, que entrega uma sucessão de tons. A computação quântica é uma sinfonia de tons que interagem entre si”. Esta nova possibilidade de computação, acrescenta, não supõe uma mera evolução, mas “uma revolução”, no sentido em que não basta apenas mudar a plataforma computacional (o hardware). “Os algoritmos terão de ser reformulados para aproveitar as novas capacidades. Recordando a analogia de Lloyd, haverá que reescrever as partituras para que possam ser interpretadas por todos os instrumentos de uma orquestra”.
 

Lei de Moore perto da saturação

Mas porque precisaremos da computação quântica? Por um lado, porque o funcionamento do mundo depende hoje da computação e as necessidades são crescentes, seja do ponto de vista do armazenamento seja do processamento. Por outro, porque a Lei de Moore, que se tem mantido atual por mais de 50 anos, segundo a qual a cada dois anos o número de transístores por unidade de superfície duplicam, duplicando, por conseguinte, a capacidade de computação, está a atingir um ponto de saturação. “A frequência a que os processadores funcionam tem vindo a estabilizar, o que tem levado a um aumento do número de cores”, explica o investigador da Atos.
 

O período entre 2020 e 2025 é apontado como “o limite a partir do qual será difícil continuar a manter esta regra por via da física clássica e, portanto, seria necessário que surgisse uma nova via tecnológica que permitisse continuar a aumentar a capacidade de computação e com ela continuar a resolver problemas de maior envergadura”. A computação quântica viria, assim, dar resposta a esta necessidade de mudança tecnológica.
 

Abismalmente mais rápida

 A unidades fundamentais da computação quântica são os qubits (quantum bits) — ao contrário do bit, que tem uma lógica binária, existindo em dois estados, 1 ou 0, o qubit é representado por uma partícula, que tem a particularidade de poder existir em ambos os estados, 1 e 0, simultaneamente. Um computador quântico de 30 qubits terá uma capacidade de processamento equivalente à de um computador que possa entregar 10 teraflops (milhões de milhão de operações de vírgula flutuante). Como termo de comparação, um computador de secretária atual funciona a velocidades medidas em gigaflops (milhares de milhão de operações de vírgula flutuante por segundo).
 

Até onde nos levará

A criptografia é uma das aplicações mais evidentes da computação quântica, mas é nos cálculos probabilísticos e nas redes neurais, utilizados em algoritmos de inteligência artificial (IA), que se anteveem “prometedoras perspetivas”. Estas tecnologias beneficiariam de “grandes acelerações no desenvolvimento”, assegura, o que poderá significar a possibilidade de a humanidade solucionar alguns dos seus maiores problemas, em domínios como a ciência, as alterações climatéricas ou a exploração espacial. “Em qualquer caso, as novas aplicações implicam o desenvolvimento de novos algoritmos pensados para o novo esquema quântico, e para tal é preciso começar já a desenvolvê- -los, para que quando a computação quântica esteja disponível se possa aproveitar a sua capacidade de processamento para as aplicações já preparadas”.
 

Nem perto, nem longe

De momento, os laboratórios de investigação estão a trabalhar de forma experimental. “Os protótipos que existem trabalham a temperaturas inferiores a 273 graus Kelvin, perto do zero absoluto, e têm estabilidade precária de microssegundos”, explica o responsável da Atos. O principal desafio, refere, é o fenómeno da decoerência. “Quando um sistema quântico interage com o seu ambiente, modificam-se as suas propriedades quânticas. O efeito de ruído, entendido como interferências ao sistema quântico, provoca uma instabilidade que é difícil controlar”. Prever a chegada da computação quântica ao circuito comercial é difícil. “Atualmente, os sistemas de circuitos supercondutores são os mais prometedores, mas é possível que surjam novas linhas que mudem qualquer estimativa”, diz Albert Trill. Porém, ressalva, “não será algo nem imediato nem muito distante".
 

O que está a ser feito?

Em julho deste ano, a Atos desenvolveu um simulador quântico de até 40 qubits (Atos Quantum Learning Machine), um supercomputador que permite desenvolver precisamente aplicações para este novo modelo. Mas não está sozinha. Em novembro, a IBM, que deu o pontapé de saída na computação quântica, construiu um simulador com 50 qubits, um novo marco nesta área. Também a Microsoft revelou recentemente os seus progressos no desenvolvimento de uma nova linguagem de programação. O objetivo é impulsionar a computação quântica em IA — a tecnológica entende que deste modo conseguiria treinar a assistente digital Cortana em dias, ao invés de meses, o que permitiria acelerar em 30 vezes o seu desenvolvimento, ou melhor, a sua capacidade de aprendizagem.