Computação Quântica no Horizonte: Perspectiva de um Engenheiro

Ed Brown

Ao celebrarmos 2025, Ano Internacional da Ciência e Tecnologia Quântica, comecei a pensar sobre aplicações práticas de mecânica quântica em computadores, sensores e criptografia. E acho que pensar sobre estas coisas do ponto de vista de engenheiro é bastante desafiador.

Se Richard Feynman, Nobel por seu trabalho em "eletrodinâmica quântica", não achava que alguém realmente entendesse mecânica quântica, como tantas pessoas hoje falam de computadores quânticos sendo a próxima grande coisa? Por outro lado, Feynman próprio estabeleceu fundamentos teóricos de computadores quânticos em 1982, quando disse que "para modelar com precisão um sistema quântico, cientistas precisariam construir outro sistema quântico." Esse outro sistema é o que agora chamamos de computador quântico.

Por exemplo, segundo artigo no site Tech Briefs, campo de computação quântica deve atingir $65 bilhões até 2030. Em outro artigo, lemos: "Computadores quânticos têm potencial para resolver problemas complexos em saúde humana, descoberta de fármacos e inteligência artificial milhões de vezes mais rápido que alguns dos supercomputadores mais rápidos do mundo."

Para complicar minha confusão, aprendi que "Respostas de computadores quânticos são extraídas de distribuições de probabilidade. Computadores quânticos não dão valor específico para resposta. O que fazem é dizer o quão provável é certo valor ser solução correta" — suas respostas são 'difusas'. "Infelizmente, rodar algoritmo quântico uma vez não basta. Para chegar o mais próximo possível da resposta 'certa', cientistas da computação rodam estes cálculos múltiplas vezes. Cada amostra reduz incerteza. Computador pode precisar rodar algoritmo milhares de vezes — ou mais — para chegar o mais próximo possível da distribuição mais precisa." Mas há lado positivo: "Computadores quânticos rodam estes algoritmos tão rápido que ainda têm potencial para produzir resultados muito, muito mais rápidos que clássicos."

OK, posso aceitar ideia de usar mecânica quântica sem realmente entendê-la profundamente, mas tenho real dificuldade com respostas de computador quântico que são apenas probabilidades. Como engenheiro, estou acostumado a buscar soluções fixas e viáveis para problemas reais, não respostas que dizem, por exemplo, que quando aperto botão de elevador, elevador provavelmente virá ao meu andar.

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

"Percebi, olhando para meus dias de engenharia e observando todo o mais recente e melhor como editor, tenho muitos pensamentos sobre o que está acontecendo agora à luz de minhas experiências de engenharia, e gostaria de compartilhar alguns agora."

Entendendo a Computação Quântica sem Matemática

Uma das melhores descrições de computação quântica que encontrei foi do físico do National Institute of Standards and Technology (NIST) Tara Fortier: "5 Conceitos Podem Ajudar Você a Entender Mecânica Quântica e Tecnologia — Sem Matemática!" Ela explica que embora "difusão" seja característica essencial da computação quântica, isso não é defeito. "Física clássica governa movimento de coisas que vemos, como bolas de beisebol e planetas. Física quântica é mundo que não vemos facilmente. Se alguma parte do quântico é substancialmente diferente da física clássica, é que física na escala quântica não é apenas granular mas também difusa."

Mas Dra. Fortier aponta que natureza em si é difusa. Quando damos zoom em imagem digital, é feita de pixels individuais, que parecem ter fronteiras bem definidas. Mas, "Se você conseguisse dar zoom nos átomos e partículas subatômicas que compõem pixel, veria que partículas subatômicas não são bem definidas — suas fronteiras e comportamento são meio incertos. Isso é similar a desenhar linha 'perfeita' com lápis e régua. Se olhasse aquela linha com microscópio, bordas pareceriam mais trêmulas que retas."

Então, acho que dá para dizer que computador quântico vê mundo de formas mais alinhadas com como mundo realmente é que computador digital, que só nos dá amostra do mundo.

Mas ainda, como Einstein disse, comportamentos quânticos são assustadores (spooky).

Artigo de Fortier torna alguns comportamentos quânticos mais acessíveis mas ainda muito difíceis de digerir. Por exemplo, um que ouvi desde criança: Luz é onda e partícula. Às vezes se comporta de um jeito, como quando ondas de luz nos dão arco-íris, mas quando luz atinge painel solar age como partículas. É difícil para mim entender, mas posso deixar minhas dúvidas de lado e apenas aceitar que pode ser útil de ambas formas.

Depois há "princípio da incerteza de Heisenberg, que diz que ato de medição perturba estado quântico do objeto." Então, como basear computador em estados de partículas quânticas se sua medição os perturba?

Mas para mim, o mais assustador de todos é emaranhamento quântico — estado quântico de uma partícula correlaciona com estado de outra, não importa quão distantes estejam. Então, medir uma partícula afeta estado de sua parceira. Ainda há uso prático para emaranhamento — chaves criptográficas seguras.

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