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A tecnologia quântica está se aproximando do mainstream. O Goldman Sachs anunciou recentemente que poderia introduzir algoritmos quânticos para precificar instrumentos financeiros em até cinco anos. A Honeywell prevê que a quantum formará uma indústria de US$ 1 trilhão nas próximas décadas. Mas por que empresas como o Goldman estão dando esse salto – especialmente com os computadores quânticos comerciais possivelmente a anos de distância?
Para entender o que está acontecendo, é útil dar um passo para trás e examinar exatamente o que os computadores fazem.
Vamos começar com a tecnologia digital atual. Em sua essência, o computador digital é uma máquina aritmética. Tornou os cálculos matemáticos baratos e seu impacto na sociedade foi imenso. Avanços em hardware e software possibilitaram a aplicação de todos os tipos de computação a produtos e serviços. Os carros, lava-louças e caldeiras de hoje têm algum tipo de computador embutido – e isso antes mesmo de chegarmos aos smartphones e à internet. Sem computadores, nunca teríamos chegado à lua ou colocado satélites em órbita.
Esses computadores usam sinais binários (os famosos 1s e 0s do código) que são medidos em “bits” ou bytes. Quanto mais complicado o código, mais poder de processamento necessário e mais demorado o processamento. O que isso significa é que, apesar de todos os seus avanços – de carros autônomos a grandes mestres no xadrez e no go – ainda existem tarefas com as quais os dispositivos de computação tradicionais lutam, mesmo quando a tarefa está dispersa em milhões de máquinas.
Um problema específico com o qual eles lutam é uma categoria de cálculo chamada combinatória. Esses cálculos envolvem encontrar um arranjo de itens que otimize algum objetivo. À medida que o número de itens cresce, o número de arranjos possíveis cresce exponencialmente. Para encontrar o melhor arranjo, os computadores digitais de hoje basicamente precisam percorrer cada permutação para encontrar um resultado e, em seguida, identificar qual é o melhor para atingir a meta. Em muitos casos, isso pode exigir um número enorme de cálculos (pense em quebrar senhas, por exemplo). O desafio dos cálculos combinatórios, como veremos em um minuto, aplica-se a muitos campos importantes, de finanças a produtos farmacêuticos. É também um gargalo crítico na evolução da IA.
E é aqui que entram os computadores quânticos. Assim como os computadores clássicos reduziram o custo da aritmética, o quantum apresenta uma redução de custo semelhante ao cálculo de problemas combinatórios assustadores.
O Valor do Quantum
Computadores quânticos (e software quântico) são baseados em um modelo completamente diferente de como o mundo funciona. Na física clássica, um objeto existe em um estado bem definido. No mundo da mecânica quântica, os objetos só ocorrem em um estado bem definido depois que os observamos. Antes de nossa observação, os estados de dois objetos e como eles estão relacionados são questões de probabilidade. Do ponto de vista da computação, isso significa que os dados são registrados e armazenados de uma maneira diferente – por meio de qubits não binários de informação em vez de bits binários, refletindo a multiplicidade de estados no mundo quântico. Essa multiplicidade pode permitir um cálculo de custo mais rápido e menor para aritmética combinatória.
Se isso soa alucinante, é porque é. Mesmo os físicos de partículas lutam para entender a mecânica quântica e as muitas propriedades extraordinárias do mundo subatômico que ela descreve, e este não é o lugar para tentar uma explicação completa. Mas o que podemos dizer é que a mecânica quântica explica melhor muitos aspectos do mundo natural do que a física clássica, e acomoda quase todas as teorias que a física clássica produziu.
Quantum traduz, no mundo da computação comercial, máquinas e software que podem, em princípio, fazer muitas das coisas que os computadores digitais clássicos podem e, além disso, fazer uma grande coisa que os computadores clássicos não podem: realizar cálculos combinatórios rapidamente . Conforme descrevemos em nosso artigo, Aplicações Comerciais da Computação Quântica, isso será importante em alguns domínios importantes. Em alguns casos, já se sabe que a importância da combinatória é central para o domínio.
À medida que mais pessoas voltam sua atenção para o potencial da computação quântica, surgem aplicativos além da simulação quântica e da criptografia:
A oportunidade da computação quântica para resolver problemas de combinatória em larga escala de forma mais rápida e barata incentivou bilhões de dólares em investimentos nos últimos anos. A maior oportunidade pode estar em encontrar mais novas aplicações que se beneficiem das soluções oferecidas pela quantum. Como disse o professor e empresário Alan Aspuru-Guzik, há “um papel para a imaginação, a intuição e a aventura. Talvez não seja quantos qubits temos; talvez seja sobre quantos hackers temos.”
