A revolução da computação quântica está mais próxima do que você imagina

No interior de um centro de dados em Manhattan, um computador quântico está instalado em um nicho como se fosse uma relíquia. Para chegar até ele, os visitantes atravessam dois conjuntos de portas deslizantes e passam por fileiras de máquinas convencionais que, segundo as previsões, ele acabará superando.

Sua fabricante, a Oxford Quantum Circuits do Reino Unido (OQC), instalou o equipamento para que empresas possam utilizá-lo por meio de conexões em nuvem ou fibra ótica, dando-lhes a oportunidade de experimentar a tecnologia em primeira mão. O hardware de inteligência artificial da Nvidia ajuda a coluna de cobre e aço a alcançar um poder de processamento extraordinário, graças à sua capacidade de analisar e prever sistemas complexos como fluxos financeiros ou reações químicas.

Depois de anos de promessas frustradas, muitas das principais empresas de tecnologia do mundo agora apostam que os computadores quânticos começarão a superar seus equivalentes convencionais até 2030 – com impactos potencialmente profundos em áreas que vão das criptomoedas e serviços financeiros à descoberta de novos medicamentos.

“Parece algo extremamente futurista e eu entendo perfeitamente essa percepção”, diz Gerald Mullally, executivo-chefe da OQC, apontando para a base de clientes da companhia como prova da confiança no potencial da tecnologia. “Basicamente, essas empresas estão apostando que isso vai acontecer, que terá relevância e que, portanto, quanto antes começarem a se envolver com a tecnologia, mais experiência acumularão.”

Mas alguns cientistas temem que o enorme poder dessa tecnologia possa ameaçar a privacidade e a segurança nacional, enquanto outros ainda duvidam que seja possível construir máquinas realmente úteis. Hoje, porém, os computadores quânticos já não estão confinados aos laboratórios de pesquisa, à medida que as empresas exploram as possibilidades comerciais dessa tecnologia.

Observadores do setor estimam que existam atualmente algumas dezenas de sistemas de computação quântica em operação no mundo. Segundo projeções da consultoria McKinsey, esse número deverá chegar a cerca de 5.000 até 2030. Mullally, da OQC, diz que as empresas já estão apostando no potencial da tecnologia e explorando suas possibilidades comerciais.

Cientistas afirmam que os avanços em desempenho e capacidade serão graduais. Mas investidores têm se mostrado entusiasmados com desenvolvimentos como o anúncio feito pela Microsoft na semana passada de seu chip quântico de última geração, o Majorana 2, e com a expectativa da empresa dispor, até 2029, de um computador quântico capaz de resolver “problemas comercialmente viáveis e relevantes”.

Quando a empresa de computação quântica Quantinuum, apoiada pela Honeywell, realizou sua oferta pública inicial de ações na Nasdaq este mês, a companhia foi avaliada em mais de US$ 15 bilhões. O preço da ação da concorrente IonQ acumula uma valorização de mais de 700% desde setembro de 2024. Google e IBM trabalham com a meta de disponibilizar máquinas úteis até 2030. Sundar Pichai, CEO do Google, disse em novembro que a tecnologia está hoje “onde talvez a inteligência artificial estava há cinco anos”.

Governos também vêm realizando investimentos estratégicos. Os Estados Unidos anunciaram no mês passado planos para adquirir participações acionárias avaliadas em US$ 2 bilhões em nove empresas de computação quântica, incluindo uma startup ligada à família Trump e outra controlada por um funcionário do Pentágono, que abriu o capital. Os céticos apontam para os obstáculos técnicos consideráveis que ainda precisam ser superados para que computadores quânticos realmente úteis se tornem realidade.

As máquinas existentes ainda são muito suscetíveis a erros. Os “desafios de engenharia” que seus desenvolvedores insistem poder ser superados nos próximos anos são formidáveis. Mas, à medida que as novas máquinas começam a demonstrar capacidade de superar os computadores convencionais em áreas específicas – o que o setor chama de ‘vantagem quântica” -, aumenta o risco de se subestimar a importância da tecnologia.

As organizações estão se preparando para a possibilidade do chamado “Dia Q” – o momento previsto em que os computadores quânticos serão capazes de quebrar os métodos criptográficos dos quais as sociedades modernas dependem.

As pesquisas sérias sobre a computação quântica começaram nos anos 80 e avançaram mais lentamente do que seus defensores esperavam. Originalmente, os pesquisadores queriam descobrir se era possível ampliar o poder dos computadores explorando fenômenos quânticos incomuns observados na matéria em escalas atômicas e subatômicas.

Os computadores quânticos podem transcender as limitações do bit tradicional, a unidade básica de informação dos computadores convencionais, que só pode assumir dois estados: zero ou um. Por outro lado, os bits quânticos, ou qubits, podem existir simultaneamente nos dois estados. Isso permite aos computadores quânticos avaliar diversas soluções potenciais ao mesmo tempo, em vez de analisá-las uma a uma, como faz um computador convencional.

Uma analogia frequentemente usada é a de um labirinto. Enquanto um computador quântico consegue examinar o mapa inteiro para encontrar uma saída, uma máquina convencional precisa explorar sucessivos becos sem saída até encontrar o caminho certo. A capacidade de processamento superior dos computadores quânticos deverá torná-los mais aptos a extrair conclusões a partir de pequenas quantidades de dados e a identificar múltiplos padrões complexos simultaneamente.

A tecnologia, porém, ainda tem um longo caminho a percorrer. Segundo uma pesquisa publicada em março pelo California Institute of Technology, um computador quântico funcional exigirá pelo menos 1.000 qubits lógicos. O Genesis da OQC possui 16.

Mas muitas empresas já estão experimentando a tecnologia em razão do salto de capacidade que ela promete proporcionar, prevendo aplicações iniciais em áreas como química e ciência dos materiais.

A ideia é que, em razão de seu próprio funcionamento e arquitetura, esses computadores sejam mais capazes de analisar e prever comportamentos químicos determinados por interações atômicas e subatômicas regidas pelas leis da mecânica quântica. Em certo sentido, eles estarão falando a mesma linguagem dos fenômenos que estudam, em vez de traduzir a análise para uma sequência de zeros e uns, como fazem os computadores tradicionais.

Como resultado, uma máquina quântica suficientemente poderosa deverá, ao menos em tese, ser particularmente eficaz para prever as interações entre medicamentos e células vivas que determinam se um novo fármaco terá ou não sucesso.

Essas possibilidades já levaram grandes empresas de tecnologia a firmar parcerias com grupos industriais. O Google colaborou com a companhia farmacêutica Boehringer Ingelheim em pesquisas para descoberta de medicamentos, com a Bosch em ciência dos materiais, e com a Mercedes-Benz em tecnologia de baterias. Também trabalhou com a Volkswagen em estudos sobre fluxo de tráfego em sua otimização.

A Chevron Technology Ventures, a divisão de investimentos da multinacional petrolífera Chevron, participou novamente de uma rodada de captação de 260 milhões de libras concluída pela Oxford Quantum Circuits na semana passada. A Chevron diz que seu investimento reflete seu interesse em tecnologias quânticas em áreas como a segurança cibernética, processamento de dados e otimização de sistemas complexos.

Rob Otter, chefe de pesquisa aplicada em tecnologia global do JP Morgan Chase, diz que a indústria de serviços financeiros também espera obter “benefícios iniciais da computação quântica, graças à sua capacidade de processar e analisar com eficiência grandes volumes de dados, como registros de transações, fluxos de dados de mercado e sinais de risco”.

Ele acrescenta que, com o tempo, a tecnologia “poderá melhorar a forma como as instituições gerenciam o risco, precificam investimentos, otimizam carteiras e detectam fraudes, levando a mercados mais eficientes e melhores resultados para os clientes”.

Em testes experimentais, os computadores quânticos também demonstraram potencial para aperfeiçoar a detecção de fraudes, superando algumas limitações dos métodos atuais baseados em IA.

A relativa escassez de casos de fraude significa que os sistemas de IA não dispõem de grandes volumes de dados para treinamento. Além disso, os criminosos mudam constantemente seus métodos, o que significa que os modelos precisam ser retreinados constantemente.

A companhia de tecnologia Unisys disse ter obtido resultados promissores em parcerias com a empresa de pagamentos on-line Paysafe e com o National Quantum Computing Centre do Reino Unido. Um estudo da Unisys sobre a detecção de fraudes concluiu a abordagem quântica alcançou zero falsos negativos, ao mesmo tempo que minimizou os falsos positivos.

Isso é notável porque falsos negativos significam que fraudes passam despercebidas, enquanto falsos positivos prejudicam a experiência dos clientes ao bloquear transações legítimas. A Mastercard e a OQC também colaboraram em um sistema quântico de detecção de fraudes que, em testes realizados com dados de acesso público, apresentou menos falsos positivos do que as técnicas atualmente utilizadas.

A computação quântica “está na interseção entre IA, dados e segurança”, afirma Ken Moore, diretor de inovação da Mastercard. Segundo ele, as futuras aplicações da tecnologia poderão se estender a áreas como modelagem de risco e criptografia de última geração.

Assim que os primeiros computadores quânticos experimentais surgiram, nos anos 90, cientistas começaram a fazer previsões sobre o Dia Q, a suposta data em que os computadores quânticos serão capazes de quebrar os sistemas criptográficos mais utilizados atualmente. Um avanço desse tipo colocaria em risco uma vasta quantidade de informações confidenciais, desde segredos de segurança nacional até prontuários médicos e dados financeiros pessoais.

Os métodos criptográficos hoje amplamente utilizados baseiam-se na multiplicação de números primos muito grandes. A quebra desses sistemas exige descobrir quais são os fatores primos utilizados, uma tarefa que demandaria tanto tempo dos computadores atuais que se torna impraticável. Por outro lado, um computador quântico suficientemente poderoso poderia resolver esse problema em um prazo curto o bastante para ser explorado por criminosos, já que a tecnologia é capaz de realizar certos cálculos complexos muito mais rapidamente do que as máquinas convencionais.

A ameaça é ainda maior porque hackers podem roubar dados hoje para decifrá-los depois da chegado do Dia Q: uma estratégia conhecida como “colher agora, descriptografar depois”. Essa possibilidade tem preocupado empresas de criptomoedas. Elas são particularmente vulneráveis porque os roubos de ativos digitais podem ser realizados de forma anônima e porque o setor dispõe de menos mecanismos de proteção do que os bancos tradicionais.

Ayo Akinyele, chefe de engenharia da RippleX, o braço de desenvolvimento de blockchain do grupo de criptomoedas Ripple, disse ao “Financial Times” no mês passado que a ameaça quântica “deixou de ser retórica para se tornar crível”. Em diversos setores e governos, instituições já estão se preparando para a possibilidade do Dia Q por meio da adoção da chamada criptografia pós-quântica.

Trata-se de uma nova geração de algoritmos considerados resistentes a ataques de computadores quânticos. Entre eles estão três algoritmos desenvolvidos em 2024 sob a supervisão do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia dos EUA. Este ano, o instituto anunciou mais nove algoritmos candidatos, à medida que intensifica a corrida para proteger os dados do mundo contra as futuras capacidades da computação quântica.

Quase ninguém no setor acredita que os computadores quânticos substituirão as máquinas convencionais, já que a tecnologia parece mais adequada a um conjunto relativamente restrito de tarefas extremamente complexas.

A história da computação sugere que os dispositivos quânticos provavelmente aumentarão a demanda por máquinas convencionais necessárias para apoiá-los, afirma Timothy Costa, vice-presidente e diretor-geral da área de computação quântica da Nvidia. “O que a computação faz é ampliar o mercado”, diz Costa. “A computação quântica também fará isso.” Ele acrescenta que a mesma lógica sugere que computadores quânticos e IA não disputarão a supremacia entre si, mas tenderão a se reforçar mutuamente.

À medida que as unidades de processamento quântico no coração dessas máquinas se tornarem mais poderosas, elas exigirão sistemas de IA mais sofisticados para calibrá-las e realizar a correção de erros. Alguns especialistas em computação quântica acreditam ainda que esses dispositivos poderão ajudar a gerar novos dados sintéticos para o treinamento de modelos de IA.

A indústria de semicondutores também poderá usar a IA para criar dispositivos quânticos mais eficientes, que, por sua vez, poderão descobrir materiais melhores para a fabricação de chips, diz Costa.

Tudo isso, porém, ainda parece estar a vários anos de distância. Alguns cientistas alertam contra o excesso de entusiasmo em torno de um setor cujos cronogramas ambiciosos eles consideram questionáveis. Outros manifestam ceticismo quanto à própria possibilidade de construir máquinas realmente úteis.

Um dos principais problemas que provocam falhas operacionais é o chamado “ruído” (“noise”) – variações aleatórias e interferências que podem levar a erros nos cálculos realizados pelos qubits. Os fenômenos quânticos são frágeis e vulneráveis a perturbações do ambiente, como calor ou campos magnéticos, que podem afetar os resultados.

Os desenvolvedores recorrem a técnicas de correção de erros para amenizar esses problemas, mas pesquisadores como Gil Kalai, um matemático da Universidade Hebraica de Jerusalém, argumentam que talvez seja impossível tornar essas soluções alternativas suficientemente robustas.

O setor enfrenta outros obstáculos técnicos. Ainda é necessário avançar em áreas como interfaces de hardware e software entre os dispositivos quânticos e as máquinas convencionais, além do desenvolvimento de algoritmos capazes de rodar nessas máquinas.

Mas os defensores da tecnologia, como Mullally da OQC, que sustentam que os computadores quânticos podem ser muito mais eficientes em temos energéticos do que seus equivalentes convencionais, veem pela frente a possibilidade de uma série de avanços transformadores.

A OQC prevê que até a metade da próxima década seu modelo Genesis será substituído por novas gerações batizadas de Titan, Athena e Atlas.

Mullally diz que essa nomenclatura inspirada na mitologia não deve obscurecer a seriedade dos progressos que a tecnologia vem alcançando. “O setor realmente tem uma certa inclinação para esse universo de sonhos científicos fictícios em geral. Mas agora a tecnologia é muito mais real.” (Tradução de Mario Zamarian)

Fonte: Valor Econômico