Computação Quântica no Horizonte:A Perspectiva de um Engenheiro

Ed Brown
(Imagem:phonlamaiphoto/Adobe Stock)
Ao celebrarmos 2025, o Ano Internacional da Ciência e Tecnologia Quântica, comecei a pensar em aplicações práticas da mecânica quântica em computadores, sensores e criptografia. E acho que pensar nessas coisas do ponto de vista de um engenheiro é bastante desafiador.

Se Richard Feynman, que ganhou o Prémio Nobel pelo seu trabalho sobre “eletrodinâmica quântica”, não achava que alguém realmente entendesse a mecânica quântica, como é que tantas pessoas hoje em dia podem estar a falar que os computadores quânticos serão a próxima grande novidade? Por outro lado, o próprio Feynman expôs os fundamentos teóricos dos computadores quânticos em 1982, quando disse que “para modelar com precisão um sistema quântico, os cientistas precisariam construir outro sistema quântico”. Esse outro sistema é o que hoje chamamos de computador quântico.

Por exemplo, de acordo com um artigo no Tech Briefs website, espera-se que o campo da computação quântica atinja US$ 65 bilhões até 2030. Em outro artigo, lemos:“Os computadores quânticos têm o potencial de resolver problemas complexos de saúde humana, descoberta de medicamentos e inteligência artificial milhões de vezes mais rápido do que alguns dos supercomputadores mais rápidos do mundo”.

Para aumentar minha confusão, aprendi que "As respostas dos computadores quânticos são extraídas de distribuições de probabilidade. Os computadores quânticos não fornecem um valor específico para uma resposta. O que eles fazem é dizer qual a probabilidade é necessário que um determinado valor seja a solução correta” — suas respostas são ‘confusas’. “Infelizmente, executar um algoritmo quântico apenas uma vez não é suficiente. Para chegar o mais próximo possível da resposta “certa”, os cientistas da computação executam esses cálculos várias vezes. Cada amostra reduz a incerteza. O computador pode precisar executar o algoritmo milhares de vezes – ou até mais – para chegar o mais próximo possível da distribuição mais precisa.” Mas há uma vantagem:“Os computadores quânticos executam esses algoritmos tão rapidamente que ainda têm o potencial de produzir resultados muito, muito mais rápidos do que os clássicos”.

OK, posso aceitar a ideia de usar a mecânica quântica sem entendê-la profundamente, mas tenho alguma dificuldade real em usar respostas de um computador quântico que sejam apenas probabilidades. Como engenheiro, estou acostumado a procurar soluções fixas e viáveis para problemas do mundo real, e não respostas que digam, por exemplo, que quando pressiono um botão do elevador, o elevador provavelmente venha para o meu andar.

Depois de décadas de trabalho como EE, Ed Brown, do SAE Media Group, está em sua segunda carreira:Editor de Tecnologia.

“Percebi, olhando para meus dias de engenharia e observando tudo o que há de melhor e mais recente como editor, que tenho muitas ideias sobre o que está acontecendo agora, à luz de minhas experiências em engenharia, e gostaria de compartilhar algumas delas agora.”

Uma das melhores descrições da computação quântica que encontrei foi feita pela física do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST), Tara Fortier:“5 conceitos podem ajudá-lo a compreender a mecânica e a tecnologia quântica - sem matemática!” Ela explica que embora a “imprecisão” seja uma característica essencial da computação quântica, isso não é um defeito. "A física clássica governa o movimento das coisas que podemos ver, como bolas de beisebol e planetas. A física quântica é um mundo que não podemos ver facilmente. Se alguma parte da física quântica é substancialmente diferente da física clássica, é que a física na escala quântica não é apenas granular, mas também confusa."

Mas o Dr. Fortier ressalta que a própria natureza é confusa. Quando ampliamos uma imagem digital, ela é composta por pixels individuais, que parecem ter limites bem definidos. Mas, "Se você pudesse ampliar os átomos e as partículas subatômicas que compõem o pixel, você veria que as partículas subatômicas não estão bem definidas - seus limites e comportamento são um tanto obscuros. Isso é semelhante a desenhar uma linha "perfeita" com um lápis e uma régua. Se você olhasse para essa linha com um microscópio, as bordas pareceriam mais instáveis ​​do que retas."

Então, acho que se poderia dizer que um computador quântico vê o mundo de maneiras mais alinhadas com a forma como o mundo realmente é do que um computador digital, que apenas nos dá uma amostra do mundo.

Mas ainda assim, como disse Einstein, os comportamentos quânticos são assustadores.

O artigo de Fortier torna alguns dos comportamentos quânticos mais acessíveis, mas ainda assim muito difíceis de digerir. Por exemplo, aquele de que ouço falar desde criança:a luz é ao mesmo tempo uma onda e uma partícula. Às vezes ela se comporta de uma maneira, como quando as ondas de luz nos dão arco-íris, mas quando a luz atinge um painel solar ela age como partículas. É difícil para mim entender isso, mas posso deixar de lado minhas dúvidas e simplesmente aceitar que isso pode ser útil em ambos os sentidos.

Depois, há “o princípio da incerteza de Heisenberg, que diz que o ato de medição perturba o estado quântico do objeto”. Então, como você pode basear um computador nos estados das partículas quânticas se sua medição as perturba?

Mas para mim, o mais assustador de tudo é o emaranhamento quântico – o estado quântico de uma partícula está correlacionado com o estado de outra, não importa quão distantes estejam uma da outra. Portanto, medir uma partícula afeta o estado da sua parceira. No entanto, existe um uso prático para o emaranhamento – chaves criptográficas seguras.

Tudo isso me faz pensar que é necessário mais do que ciência para desenvolver computadores quânticos práticos – os engenheiros terão que aceitar trabalhar com tecnologia que eles realmente não conseguem entender.