O consenso dentro da comunidade científica é que o primeiro computador quântico totalmente funcional estará pronto em cerca de dez anos – um evento tão significativo que muitos especialistas estão a pedir uma contagem decrescente para o segundo trimestre: “anos para o quantum”.
A maioria das pessoas, pelo menos um pouco familiarizadas com as ideias básicas da mecânica quântica, identifica o campo com uma “estranheza” geral que até os físicos quânticos mais experientes consideram desconcertante. A mente confunde-se com visões de pessoas atravessando paredes, viagens no tempo e incerteza geral que ameaça desenraizar as nossas percepções mais arraigadas da verdade e da realidade. As medições padrão perdem o sentido.
Dado o enorme poder potencial da tecnologia quântica, não é preciso dizer que aqueles que possuem esta tecnologia no futuro terão uma grande vantagem sobre aqueles que não a possuem – nos domínios da política, das finanças, da segurança e muito mais. Empresas como a Amazon, a Microsoft e a Intel procuram ansiosamente a implementação de “criptografia quântica segura”, uma vez que estas empresas (para não mencionar os governos nacionais) estão preocupadas com o facto de os hackers que utilizam energia quântica poderem significar a queda das suas empresas.
E como podemos dizer com muita certeza que a computação quântica em breve estará aqui para ficar, vale a pena entender o que exatamente isso significa para o futuro e que possibilidades novas e incríveis (e às vezes assustadoras) a tecnologia quântica trará.
Aqui estão dez implicações incríveis da tecnologia quântica.
10 Um aumento exponencial na velocidade computacional
Primeiro, uma (muito) breve introdução: O computador no qual você está lendo isto opera com a mesma tecnologia fundamental que praticamente todos os computadores do mundo usam atualmente. É um mundo finito e binário, no qual os dados são codificados em bits – comumente chamados de 0s ou 1s – que só podem existir em um dos dois estados finitos (ligado ou desligado). A computação quântica, por outro lado, utiliza “qubits”, que podem existir em um número praticamente ilimitado de estados simultaneamente. (De modo geral, n qubits podem existir em 2 ^ n estados diferentes simultaneamente.)
Se um computador “normal” for alimentado com uma sequência de trinta 0s e 1s, há aproximadamente um bilhão de valores possíveis dessa sequência – e um computador que usa bits regulares teria que passar por cada combinação individualmente, exigindo muito tempo e memória. . Um computador quântico, por outro lado, seria capaz de “ver” todos os mil milhões de sequências de uma só vez – reduzindo drasticamente o tempo e o esforço computacional.
Na verdade, os computadores quânticos serão capazes de concluir, em questão de segundos, cálculos que levariam milhares de anos aos melhores supercomputadores da atualidade.
9 Descobrindo medicamentos novos e mais eficazes
O sequenciamento do DNA surgiu em parte graças a aumentos acentuados no poder computacional, conforme previsto pela Lei de Moore. Agora, estamos prestes a entrar em uma era totalmente nova na área da saúde, graças à computação quântica.
Embora exista um número surpreendentemente grande de medicamentos impressionantes no mercado, a taxa a que podem ser produzidos, bem como a sua eficácia no tratamento de doenças específicas, é surpreendentemente limitada. Mesmo com os recentes aumentos de velocidade e precisão, estes ganhos são puramente incrementais devido às limitações dos computadores padrão.
Com um organismo tão complexo como o corpo humano, existem inúmeras maneiras pelas quais uma droga pode reagir ao seu ambiente. Acrescente a isso a diversidade genética ilimitada a nível molecular, e os resultados potenciais para tratamentos com medicamentos não específicos disparam para milhares de milhões.
Somente os computadores quânticos terão a capacidade de examinar todos os cenários possíveis relativos à interação medicamentosa e apresentar não apenas o melhor plano de ação possível, mas também as chances de sucesso de um indivíduo com um determinado medicamento – por meio de uma combinação de sequenciamento de DNA mais preciso e rápido e um método mais preciso. compreensão rigorosa do enovelamento de proteínas.
Estas mesmas inovações – especialmente no que diz respeito ao enovelamento de proteínas – também conduzirão inevitavelmente a uma melhor compreensão de como a vida funciona em geral, o que conduzirá subsequentemente a tratamentos muito mais precisos, melhores medicamentos e melhores resultados.
8 Segurança ilimitada
Além de facilitar grandes avanços na medicina, a tecnologia quântica também traz a possibilidade de barreiras de segurança cibernética virtualmente inquebráveis e comunicações superseguras de longa distância.
Dentro do mundo da estranheza quântica, existe um fenômeno conhecido como “emaranhamento quântico”, no qual duas ou mais partículas estão misteriosamente conectadas, independentemente do meio que existe entre elas e sem qualquer sinalização identificável. Isto é o que Einstein chamou de “ação assustadora à distância”. E como não existe um meio tangível através do qual essas duas partículas se comuniquem, seria impossível interceptar sinais codificados usando partículas emaranhadas. A ciência necessária para esta tecnologia ainda está subdesenvolvida; no entanto, tal comunicação teria um enorme impacto na segurança privada e nacional.
O aumento drástico da velocidade de computação também ajudaria a aumentar a segurança cibernética, uma vez que o poder de processamento exponencialmente maior dos computadores quânticos lhes permitirá resistir até mesmo aos métodos de hacking mais sofisticados, através da criptografia quântica. “A computação quântica certamente será aplicada em qualquer lugar onde usarmos aprendizado de máquina, computação em nuvem e análise de dados”, diz Kevin Curran, pesquisador de segurança cibernética da Universidade Ulster. “Em segurança, isso [significa] detecção de intrusões, busca de padrões nos dados e formas mais sofisticadas de computação paralela.” Os computadores quânticos seriam essencialmente capazes de antecipar os “movimentos” de um computador hackeado em milhões – possivelmente bilhões – de passos à frente.
7 Hacking ilimitado
É claro que com grande poder vem uma grande responsabilidade, e o mesmo poder quântico que permitirá que a criptografia seja levada a novos patamares poderá permitir que hackers desvendem sem esforço as medidas de segurança mais elaboradas implementadas por máquinas relativamente primitivas.
As técnicas criptográficas mais elaboradas de hoje tendem a se basear em problemas matemáticos extraordinariamente difíceis. E embora esses problemas sejam suficientes para deter a maioria dos supercomputadores binários, eles seriam facilmente resolvidos por um computador quântico. A capacidade de um computador quântico de encontrar padrões em enormes conjuntos de dados com uma velocidade incrível permitirá que eles fatorem grandes números (um feito que talvez continue sendo a maior barreira para os hackers), o que os computadores de hoje só podem fazer tentando opção após opção até que uma “encaixe”. ” Com qubits e superposição quântica , todas as opções possíveis poderiam ser testadas simultaneamente.
Na verdade, foram necessários cerca de dois anos e centenas de computadores trabalhando simultaneamente para desbloquear uma única instância do algoritmo RSA-768 (que tem dois fatores primos e requer uma chave de setecentos e sessenta e oito bits). Um computador quântico seria capaz de completar a mesma tarefa numa fração de segundo.
6 Relógios atômicos ajustados e detecção de objetos
Os relógios atômicos não são usados apenas para auxiliar na cronometragem diária. Eles são componentes essenciais de grande parte da tecnologia atual, incluindo sistemas GPS e tecnologia de comunicação.
Normalmente não se pensa que os relógios atômicos precisem de mais ajustes. Os relógios atômicos mais precisos operam utilizando as oscilações das microondas emitidas pelos elétrons quando eles mudam os níveis de energia. E os átomos usados nos relógios são resfriados quase até o zero absoluto, permitindo tempos de sondagem de micro-ondas mais longos e, consequentemente, maior precisão.
Os relógios atômicos mais recentes que utilizam tecnologia quântica moderna, no entanto, serão tão precisos que poderão ser usados como detectores de objetos ultraprecisos – detectando mudanças minúsculas na gravidade, campos magnéticos, campos elétricos, força, movimento, temperatura e outros fenômenos. que flutuam naturalmente na presença da matéria. Estas mudanças seriam então reflectidas por mudanças no tempo . (Lembre-se de que espaço, matéria e tempo estão inextricavelmente conectados.)
Esta detecção afinada ajudará na identificação e remoção de objectos subterrâneos, rastreando submarinos muito abaixo da superfície do oceano, e até tornaria a navegação e a condução automática muito mais precisas, uma vez que o software seria capaz de distinguir melhor entre carros e outros objetos.
Como diz David Delpy, líder do Conselho Consultivo Científico de Defesa do Ministério da Defesa britânico: “Não se pode proteger a gravidade ”.
5 Mercados financeiros
No mundo interconectado das finanças, a velocidade é de extrema importância. E um número surpreendentemente grande de problemas enfrentados pela indústria financeira (muitos deles decorrentes da falta de velocidade computacional) permanecem insolúveis. Mesmo o mais poderoso computador “normal” que utiliza 0s e 1s é incapaz de prever, mesmo que de forma grosseira, eventos financeiros e económicos futuros, e é incapaz de resolver problemas altamente complexos relacionados com o preço das opções num mercado em rápida mudança e evolução.
Por exemplo, muitas opções de ações exigem derivativos complexos que dependem da trajetória – o que significa que o pagamento da opção é, em última análise, determinado pela trajetória do preço do ativo subjacente. Tentar mapear e antecipar todos os “caminhos” possíveis para uma opção é uma tarefa muito difícil para as máquinas atuais. No entanto, dada a sua velocidade e agilidade, os computadores quânticos seriam, teoricamente, capazes de identificar uma opção de ações com preços incorretos e explorá-la em benefício do seu proprietário, antes que o mercado mudasse de forma significativa.
Este tipo de poder poderia, evidentemente, causar estragos no mercado e distorcer fortemente o favorecimento da minoria de empresas que possuem e operam supercomputadores – à custa de comerciantes individuais e empresas incapazes de adquirir tal tecnologia.
4 Mapeando a Mente Humana
Apesar de todos os avanços surpreendentes que ocorreram no domínio da neurociência e da cognição nas últimas décadas, os cientistas ainda sabem surpreendentemente pouco sobre como a mente funciona. Uma coisa que sabemos, no entanto, é que o cérebro humano é uma das entidades mais complexas do universo conhecido e que, para compreender verdadeiramente tudo o que pode oferecer, será necessário um novo tipo de poder computacional.
O cérebro humano é composto por cerca de 86 mil milhões de neurónios – células que comunicam pequenos pedaços de informação através do disparo de cargas eléctricas rápidas. E embora a base elétrica do cérebro humano seja razoavelmente bem compreendida, a mente permanece um mistério. “O desafio”, diz o neurobiólogo Prof Rafael Yuste, da Universidade de Columbia, “é precisamente como passar de um substrato físico de células que estão conectadas dentro deste órgão, para o nosso mundo mental, nossos pensamentos, nossas memórias, nossos sentimentos”.
E na sua tentativa de compreender a mente, os neurocientistas confiaram fortemente na analogia de um computador, uma vez que o cérebro transforma dados e entradas sensoriais em resultados relativamente previsíveis. E que melhor maneira de compreender o funcionamento de um computador do que com um computador?
Para o Dr. Ken Hayworth, neurocientista que mapeia fragmentos do cérebro de camundongos, “para obter imagens do cérebro de uma mosca inteira, levaremos aproximadamente um a dois anos. A ideia de mapear todo o cérebro humano com a tecnologia existente que temos hoje é simplesmente impossível” sem o poder da computação quântica .
3 Descobrindo planetas distantes
Não deveria ser surpresa que a computação quântica será extremamente útil quando se trata de exploração espacial, que muitas vezes requer a análise de enormes conjuntos de dados. Usando processadores quânticos resfriados a 20 milikelvin (próximo do zero absoluto), os engenheiros da NASA planejam usar a computação quântica para resolver problemas de otimização altamente complexos que envolvem bilhões de dados.
Por exemplo, os cientistas da NASA serão capazes de tirar partido de pequenas flutuações nas ondas quânticas para detectar diferenciais de calor minúsculos e distantes emitidos por começos de outra forma invisíveis, e talvez até buracos negros.
A NASA já está a utilizar os princípios gerais da computação quântica para desenvolver métodos mais seguros e eficientes de viagens espaciais – especialmente quando se trata de enviar robôs para o espaço. A NASA tende a planejar suas missões robóticas ao espaço com cerca de dez anos de antecedência, e seu objetivo é usar a otimização quântica para criar uma previsão superprecisa do que acontecerá durante a missão – a fim de antecipar todos os resultados possíveis e então criar planos de contingência para cada um (novamente, usando estratégias de otimização).
Um planejamento mais cuidadoso e preciso das missões robóticas também levará a um uso mais eficiente da bateria, que é um dos principais fatores limitantes quando se trata de missões espaciais robóticas.
2 Genética
A conclusão do Projeto Genoma Humano em 2003 trouxe uma nova era na medicina. Graças a uma compreensão profunda do genoma humano, podemos adaptar tratamentos complexos especificamente às necessidades específicas de um indivíduo.
Apesar do quanto sabemos sobre as complexidades do DNA humano, ainda sabemos surpreendentemente pouco sobre as proteínas que o DNA codifica.
Entra em cena a computação quântica, que teoricamente nos permitirá “mapear proteínas” da mesma forma que mapeamos genes. Na verdade, a computação quântica também nos permitirá modelar interações moleculares complexas em nível atômico, o que será inestimável quando se trata de pioneirismo em novas pesquisas médicas e farmacêuticas. Seremos capazes de modelar mais de 20.000 proteínas e simular suas interações com uma infinidade de medicamentos diferentes (mesmo medicamentos que ainda não foram inventados) com grande precisão. A análise destas interações (novamente auxiliada pela computação quântica e algoritmos de otimização avançados) provavelmente nos levará a novas curas para doenças atualmente incuráveis .
A velocidade da computação quântica também ajudará na utilização e análise de “pontos quânticos” – minúsculos nanocristais semicondutores com apenas alguns nanómetros de comprimento que estão atualmente a ser utilizados na vanguarda da deteção e tratamento do cancro.
Além disso, os computadores quânticos poderiam ser capazes de determinar se as mutações no DNA – que atualmente se acredita serem completamente aleatórias – realmente acontecem devido a flutuações quânticas.
1 Ciência e Engenharia de Materiais
Não é preciso dizer que a computação quântica tem implicações enormes para os campos da ciência e da engenharia de materiais, uma vez que o poder da computação quântica é mais adequado para novas descobertas no nível atômico.
O poder da computação quântica permitirá a utilização de modelos cada vez mais sofisticados que mapearão como as moléculas se reúnem e cristalizam para formar novos materiais. Tais descobertas que conduzem à criação de novos materiais levariam subsequentemente à criação de novas estruturas, com implicações nos domínios da energia, controlo da poluição e produtos farmacêuticos.
“Quando um engenheiro constrói uma barragem ou um avião, primeiro a estrutura é projetada por meio de computadores. Isto é extremamente difícil na escala de tamanho das moléculas ou átomos, que muitas vezes se agrupam de formas não intuitivas”, explica Graeme Day, professor de Modelagem Química na Universidade de Southampton. “É difícil projetar do zero em escala atômica e a taxa de falhas na descoberta de novos materiais é alta. Como químicos e físicos que tentam descobrir novos materiais, muitas vezes nos sentimos como exploradores sem mapas confiáveis.”
A computação quântica fornecerá um “mapa muito mais confiável”, permitindo aos cientistas simular e analisar interações atômicas com incrível precisão, o que por sua vez levaria à criação de materiais inteiramente novos e mais eficientes – sem a tentativa e erro que inevitavelmente acompanham. tentando construir novos materiais em maior escala. Isto significa que seremos capazes de encontrar e criar melhores supercondutores, ímanes mais poderosos, melhores fontes de energia e muito mais.
