O brasílico responsável pela pesquisa em computação quântica da Amazon Web Services (AWS), Fernando Brandão, 42, afirma que sua equipe ainda precisará de anos de trabalho para trespassar do protótipo de chip quântico apresentado neste mês e conseguir a construção de um supercomputador.
“Precisamos chegar a um protótipo de fabricação de chips industrial e validar os processos que usamos. Depois, a gente vai precisar de muitos chips interconectados e desenvolver a habilidade de uma vez que vincular isso”, diz Brandão à Folha de seu laboratório em Pasadena (Califórnia), em conversa via videoconferência.
Detrás dele estava uma lousa com desenhos de estados quânticos e cálculos com números complexos. Brandão afirma que a física teórica, sua espaço de formação, o ajuda a ter uma visão universal para juntar as contribuições dos mais de século colegas de diferentes áreas do laboratório da AWS, do qual é um dos dois diretores.
O desenvolvimento do computador quântico permitirá resolver problemas insolúveis nas máquinas digitais, uma vez que a quebra da criptografia de sistemas de resguardo cibernéticos e de criptomoedas, além de análises úteis na geração de materiais, fármacos e na ciência em universal. Embora sejam revolucionários em teoria, os sistemas são muito instáveis e, por ora, não funcionam de forma confiável.
Físico teórico de formação, Brandão é graduado pela UFMG (Universidade Federalista de Minas Gerais), doutor pela Imperial College, de Londres, e, hoje, professor da Caltech (Instituto de Tecnologia da Califórnia). Antes, deu lição na Federalista de Minas Gerais e na Suíça.
O investigador atribui o sucesso de sua vida acadêmica internacional em grande segmento ao CNPq, que lhe concedeu bolsa durante o período na Inglaterra, onde ele pôde se aprofundar na computação quântica. No início dos anos 2000, quando iniciou seus estudos, a espaço era tão incipiente que o físico começou a pesquisa ao mesmo tempo que seu portanto orientador, Reinaldo de Oliveira Vianna.
O duelo atual da computação quântica, aponta o diretor da Amazon, é reduzir o nível de erro dos qubits —o equivalente quântico dos bits, a base da computação clássica.
O erro é tamanho que os chips precisam juntar vários “qubits reais” a término de obter o resultado de um único “qubit lógico” (o nível de performance sem qualquer perturbação). O qubit real é uma partícula subatômica submetida a estímulos externos tal qual comportamento é usado uma vez que informação nos cálculos do computador quântico. Diferentemente de um bit convencional, ele pode ser zero e um ao mesmo tempo.
Os cientistas ainda não encontraram na computação quântica o equivalente ao transistor da computação clássica —essa peça reproduz com fidelidade o um, quando passa manante elétrica, e o zero, quando não passa.
A Microsoft movimentou a corrida tecnológica pelo computador quântico ao anunciar, em 19 de fevereiro, qubits mais resistentes a erros, ao trabalhar com um estado quântico da material chamado férmions de Majorana. O chip, chamado Majorana 1, possui oito qubits topológicos, mantendo os elétrons em permanente superposição.
Uma semana depois, a equipe da AWS apresentou, em item na Nature, outra técnica para sofrear o erro, baseada no chamado estado bosônico da material. Acabou conseguindo reduzir em dez vezes a quantidade de qubits reais necessários para chegar ao resultado de um qubit lógico. O progresso reduziria o tempo estimado para conseguir a construção de um computador quântico viável em até cinco anos.
*A IBM já desenvolve processadores quânticos, embora não tenha participado da última leva de anúncios
A estratégia da Amazon foi imitar a superposição das partículas de luz, os fótons, em um fenômeno chamado “estado de gato”, em homenagem ao manobra mental do gato de Schrodinger —aquele em que o felino dentro da caixa está vivo e morto ao mesmo tempo. “Quanto mais fótons houver, menor é a chance de rumor ou interferência”, explica Brandão.
Assim uma vez que os fótons, os qubits são partículas subatômicas (menores do que um corpúsculo) e, por isso, têm comportamento quântico. Também por isso, qualquer observador pode afetar o estado dos qubits.
De novo, funciona uma vez que no manobra de Schrodinger. Dentro da caixa, o gato está morto e vivo ao mesmo tempo. Depois de abri-la e observar, o gato vai estar em exclusivamente um dos estados
“Na mecânica quântica, é preciso ser escrupuloso, porque se a pessoa observa um qubit ou observa uma propriedade física, acaba colapsando. Quando se observa o sistema, se estará necessariamente mudando o estado dele”, detalha o professor da Caltech.
Por isso, os aparelhos precisam funcionar em um envolvente solitário, com temperatura próxima do zero integral (-273 Cº). “Até de engenheiro para fazer essa segmento da criogênica [resfriamento] a gente precisa”, diz Brandão. O sistema é tão sensível que até a mensuração do comportamento deve ser feita de maneira indireta, por meio de outros bits, chamados qubits de ancilla.
“É muito difícil isolar os sistemas do envolvente deles, sempre vai ter uma perturbação de qualquer fóton que está passando perto do seu qubit ou de qualquer campo magnético”, afirma o físico. “Isso perturba a computação e faz com que ela não funcione”, complementa.
Brandão afirma que sua equipe pretende diminuir ainda mais os erros de seus chips quânticos, antes de escalar os modelos. “Ainda há pesquisa a ser feita em ciências dos materiais e na arquitetura que a gente usa”, acrescenta.
A Amazon faz qubits com supercondutores, o mesmo material usado nos supercomputadores de hoje. “A teoria é tornar a computação quântica o mais parecida o provável com os computadores atuais”, diz o diretor.
O físico recorda que os primeiros computadores, de 1946, não usavam transistores e sim tubos de vácuo, chamados de “válvulas termiônicas”. Levou dez anos até a invenção do primeiro computador completamente transistorizado. Foi só em 1971 que a Intel lançou o primeiro processador —eram 4 bits, integrando 2.300 transistores.
“Isso foi há mais de 50 anos, precisamos de muito desenvolvimento para chegar a leste nível de sofisticação [nos computadores clássicos] que temos hoje em dia”, afirma.
De convénio com o investigador, é provável confrontar a introdução do computador quântico à invenção do predecessor do computador pelo matemático britânico Alan Turing, que permitiu violar o código nazista Esfinge, até portanto indecifrável.
Ainda segundo o diretor da AWS, a geração do computador quântico permitiria proceder na compreensão do mundo quântico. Em uma verificação, só foi provável descrever o comportamento quântico em seguida a invenção dos números complexos.
Para Brandão, o conhecimento levaria a progresso tecnológico. “A gente espera que novas tecnologias tão relevantes quanto o laser ou a sonância magnética apareçam” —ambas foram descobertas atreladas à física quântica. Ele ainda cita fertilizantes mais eficientes, baterias melhores e novos produtos farmacêuticos.
Quando começou na computação quântica, há mais de 20 anos, o investigador nem sequer esperava trabalhar na construção de um chip quântico. “A espaço era muito teórica, os experimentos estavam muito no prelúdios”, recorda.
“Era uma mudança de paradigma em uma vez que pensar nesses problemas interessantes da mecânica quântica, mas era uma coisa que eu nunca achei que se tornaria, realmente, veras”, diz.
