João Miguel MesquitaA computação quântica é um campo emergente que tem o potencial de revolucionar a computação como a conhecemos. Ao contrário dos computadores clássicos que armazenam informações como bits que representam 0 ou 1, os computadores quânticos empregam qubits. Os qubits, através dos princípios da mecânica quântica, podem representar 0, 1 ou uma combinação de ambos através da superposição. Esta capacidade permite que os computadores quânticos armazenem e processem vastamente mais informação do que os computadores clássicos. Além disso, os computadores quânticos aproveitam fenómenos quânticos como a superposição e o entrelaçamento para realizar cálculos que estão além das capacidades dos computadores clássicos.
Atualmente, o domínio da computação quântica está na sua infância, mas tem registado progressos notáveis nos últimos anos. Os cientistas desenvolveram com sucesso computadores quânticos capazes de executar tarefas específicas mais rapidamente do que os computadores clássicos. No entanto, estes computadores são ainda limitados em tamanho e suscetibilidade a erros. Um dos principais desafios na construção de computadores quânticos é a necessidade de manter os estados quânticos delicados dos qubits, que são facilmente perturbados por fatores externos.
Apesar destes desafios, o campo da computação quântica continua a avançar a um ritmo acelerado. Os investigadores estão a explorar vários métodos para construir computadores quânticos, incluindo o uso de circuitos supercondutores, iões aprisionados e fotões. Simultaneamente, estão a ser feitos esforços para desenvolver algoritmos quânticos que possam aproveitar o poder da computação quântica para resolver problemas complexos.
Estado atual e progressos da Computação Quântica
O cenário económico da computação quântica tem demonstrado um crescimento promissor, especialmente no último ano. A pesquisa com líderes da indústria indica mudanças significativas no tamanho das empresas, sugerindo um mercado dinâmico onde novas empresas continuam a entrar enquanto as existentes estão a expandir-se. Este crescimento também sugere um progresso acelerado no desenvolvimento de casos de uso em produção e na jornada em direção à computação quântica tolerante a falhas (FTQC).
Mais de 65% dos líderes da indústria e académicos antecipam o advento do FTQC até 2030. No entanto, o debate continua em relação à definição de verdadeira tolerância a falhas e se esta deve ser alcançada em escala para ser considerada verdadeiramente tolerante a falhas. Alguns especialistas argumentam que mesmo uma alta tolerância a erros com correção mínima pode permitir aplicações úteis antes que a correção de escala de qubit lógico completa seja alcançada.
Avanços e inovações recentes
Vários avanços notáveis foram feitos na computação quântica em 2024:
- QuEra e o Novo Método de Correção de Erros: A QuEra anunciou um novo método de correção de erros que alcança um qubit lógico usando apenas oito qubits físicos. A empresa delineou um roteiro de três anos que prevê um computador com 10 qubits lógicos em 2024, 30 em 2025 e 100 em 2026.
- Alice & Bob e os Qubits de Gato: A startup Alice & Bob revelou uma nova arquitetura de correção de erros quânticos baseada em qubits de gato, que reduzem as dimensões do ruído e melhoram a correção de erros.
- Nord Quantique e a Correção de Erros ao Nível do Qubit: A Nord Quantique anunciou uma melhoria de 14% na fiabilidade do qubit usando uma técnica de correção de erros que opera a uma frequência muito mais alta do que os sistemas concorrentes. A empresa planeia entregar um sistema de 100 qubits lógicos até 2028.
- IBM e o Catálogo de Funções Qiskit: A IBM lançou o Catálogo de Funções Qiskit, oferecendo seis serviços quânticos projetados para facilitar o trabalho dos programadores com algoritmos quânticos.
- Microsoft, Quantinuum e Atom Computing: A Microsoft, em parceria com a Quantinuum, criou 12 qubits lógicos e, posteriormente, com a Atom Computing, alcançou 24 qubits lógicos, o maior número já demonstrado, com uma base de 112 qubits físicos.
- IBM e o Processador Heron: A IBM dobrou a sua capacidade de computação quântica com o novo processador Heron de 156 qubits, que pode executar circuitos com até 5.000 operações de porta de dois qubits, além de um aumento dramático na velocidade de desempenho.
- RIKEN e o Computador Quântico Ótico: O RIKEN, no Japão, anunciou o primeiro computador quântico ótico de variável contínua do mundo, operando à temperatura ambiente e usando um design analógico com multiplexação por divisão de tempo.
- D-Wave e o Processador Advantage2: A D-Wave lançou os resultados de benchmark para o seu mais recente processador Advantage2 de mais de 4.400 qubits, que resolve problemas de ciência de materiais 25.000 vezes mais rápido que a versão anterior.
- Google e a IA para Correção de Erros: A Google anunciou um sistema de IA que deteta erros em computadores quânticos, usando a mesma tecnologia de transformadores por trás de grandes modelos de linguagem, mas treinada especificamente em processos quânticos.
A computação quântica tem o potencial de revolucionar áreas como a medicina, a ciência dos materiais e a inteligência artificial. Por exemplo, os computadores quânticos podem ser usados para desenvolver novos medicamentos e materiais, criar algoritmos de IA mais eficientes e quebrar os métodos de criptografia atuais.
De acordo com o Boston Consulting Group, a era atual da computação quântica, denominada “noisy intermediate-scale quantum”, durará até 2030. Durante este período, os computadores quânticos terão poucos qubits e muitos erros para serem praticamente úteis, mas podem ser usados para testar algoritmos e fazer outras pesquisas preliminares.
A “ampla vantagem quântica”, onde os computadores quânticos podem resolver problemas que os computadores tradicionais não conseguem, é esperada entre 2030 e 2040. Nessa altura, os utilizadores finais verão entre 80 e 170 biliões de dólares em valor criado anualmente. Em 2040, entraremos na era da tolerância a falhas em grande escala, com os utilizadores finais a ver entre 450 e 850 biliões de dólares de valor criado por ano.
Apesar do imenso potencial, a computação quântica ainda enfrenta desafios significativos. Construir computadores quânticos é uma tarefa complexa e dispendiosa, e a tecnologia ainda está nos seus estágios iniciais de desenvolvimento. Além disso, existe uma escassez de especialistas em computação quântica, e mais pesquisas são necessárias para desenvolver algoritmos quânticos e aplicações para esta tecnologia emergente.
No entanto, com o investimento contínuo e os esforços de pesquisa, a computação quântica está pronta para se tornar uma força transformadora no mundo.
A computação quântica é um campo promissor com o potencial de revolucionar a computação e resolver problemas complexos que estão atualmente além do alcance dos computadores clássicos. Embora desafios significativos permaneçam, o progresso notável feito nos últimos anos, juntamente com o investimento contínuo e os esforços de pesquisa, sugerem que a computação quântica está no caminho certo para se tornar uma tecnologia transformadora num futuro próximo.
À medida que a computação quântica continua a evoluir, é provável que tenha um impacto profundo em várias indústrias e campos científicos, levando a descobertas e inovações sem precedentes. A jornada rumo à computação quântica tolerante a falhas está em andamento, e os próximos anos prometem ser cruciais na realização do pleno potencial desta tecnologia revolucionária, pode dizer-se que estamos cada vez mais perto de fazer magia todos os dias.
