Não é nenhuma surpresa que a computação quântica tenha se tornado uma obsessão da mídia. Um computador quântico funcional e útil representaria uma das conquistas técnicas mais profundas do século.

Para pesquisadores como eu, a emoção é bem-vinda, mas algumas afirmações que aparecem em veículos populares podem ser desconcertantes.

Uma recente injeção de dinheiro e atenção dos gigantes da tecnologia despertou o interesse de analistas, que agora estão ansiosos para proclamar um momento de inovação no desenvolvimento desta tecnologia extraordinária.

A computação quântica é descrita como "ao virar da esquina", simplesmente aguardando as proezas da engenharia e o espírito empreendedor do setor de tecnologia para realizar todo o seu potencial.

Qual é a verdade? Estamos realmente a apenas alguns anos de ter computadores quânticos que podem quebrar todos os sistemas de segurança online? Agora que os gigantes da tecnologia estão engajados, devemos sentar e esperar que eles entreguem? Agora é tudo "apenas engenharia"?

Por que nos preocupamos tanto com a computação quântica?

Computadores quânticos são máquinas que usam as regras da física quântica - em outras palavras, a física de coisas muito pequenas - para codificar e processar informações de novas maneiras.

Eles exploram a física incomum que encontramos nessas escalas minúsculas, física que desafia nossa experiência diária, para resolver problemas que são excepcionalmente desafiadores para computadores "clássicos". Não pense apenas nos computadores quânticos como versões mais rápidas dos computadores atuais - pense neles como computadores que funcionam de uma maneira totalmente nova. Os dois são tão diferentes quanto um ábaco e um PC.

Eles podem (em princípio) resolver difíceis, questões de alto impacto em áreas como codificação, procurar, química e física.

A principal delas é a "fatoração":encontrar os dois números primos, divisível apenas por um e por eles próprios, que, quando multiplicados juntos, alcançam um número alvo. Por exemplo, os fatores principais de 15 são 3 e 5.

Tão simples quanto parece, quando o número a ser fatorado torna-se grande, diga 1, 000 dígitos de comprimento, o problema é efetivamente impossível para um computador clássico. O fato de esse problema ser tão difícil para qualquer computador convencional é a forma como protegemos a maioria das comunicações na Internet, como por meio de criptografia de chave pública.

Alguns computadores quânticos são conhecidos por realizar a fatoração exponencialmente mais rápido do que qualquer supercomputador clássico. Mas competir com um supercomputador ainda exigirá um computador quântico de tamanho considerável.

Dinheiro muda tudo

A computação quântica começou como uma disciplina única no final da década de 1990, quando o governo dos EUA, ciente do potencial recém-descoberto dessas máquinas para codificação, começou a investir em pesquisa universitária

O campo reuniu equipes de todo o mundo, incluindo Austrália, onde agora temos dois Centros de Excelência em tecnologia quântica (o autor faz parte do Centro de Excelência para Sistemas Quânticos Projetados).

Mas o foco acadêmico agora está mudando, em parte, para a indústria.

A IBM há muito tem um programa de pesquisa básica na área. Recentemente, o Google se juntou a ele, que investiu em uma equipe da Universidade da Califórnia, e a Microsoft, que tem parceria com acadêmicos em todo o mundo, incluindo a Universidade de Sydney.

Sentindo o cheiro de sangue na água, Os capitalistas de risco do Vale do Silício também começaram recentemente a investir em novas empresas trabalhando para construir computadores quânticos.

A mídia erroneamente viu a entrada de players comerciais como a gênese da recente aceleração tecnológica, ao invés de um resposta a esses avanços.

Então, agora encontramos uma variedade de afirmações concorrentes sobre o estado da arte na área, para onde o campo está indo, e quem chegará ao objetivo final - um computador quântico em grande escala - primeiro.

O estado da arte na mais estranha das tecnologias

Os microprocessadores de computador convencionais podem ter mais de um bilhão de elementos lógicos fundamentais, conhecidos como transistores. Em sistemas quânticos, as unidades lógicas quânticas fundamentais são conhecidas como qubits, e por agora, a maioria deles chega a cerca de uma dúzia.

Esses dispositivos são excepcionalmente interessantes para os pesquisadores e representam um enorme progresso, mas eles são pouco mais do que brinquedos de uma perspectiva prática. Eles não estão próximos do que é necessário para fatoração ou qualquer outra aplicação - eles são muito pequenos e sofrem muitos erros, apesar do que as manchetes frenéticas podem prometer.

Por exemplo, não é nem fácil responder à questão de qual sistema tem os melhores qubits no momento.

Considere as duas tecnologias dominantes. Equipes que usam íons presos têm qubits resistentes a erros, mas relativamente lento. Equipes que usam qubits supercondutores (incluindo IBM e Google) têm qubits relativamente sujeitos a erros que são muito mais rápidos, e pode ser mais fácil de replicar no curto prazo.

Qual é melhor? Não há uma resposta direta. Um computador quântico com muitos qubits que sofrem muitos erros não é necessariamente mais útil do que uma máquina muito pequena com qubits muito estáveis.

Como os computadores quânticos também podem assumir diferentes formas (uso geral versus adaptado para uma aplicação), não podemos nem mesmo chegar a um acordo sobre qual sistema atualmente tem o maior conjunto de recursos.

De forma similar, agora existe uma competição aparentemente interminável por métricas simplificadas, como o número de qubits. Cinco, 16, em breve 49! A questão de saber se um computador quântico é útil é definida por muito mais do que isso.

Para onde vamos a partir daqui?

Ultimamente, tem havido um foco da mídia em alcançar a "supremacia quântica". Este é o ponto onde um computador quântico supera sua melhor contraparte clássica, e chegar a isso certamente marcaria um importante avanço conceitual na computação quântica.

Mas não confunda "supremacia quântica" com "utilidade".

Alguns pesquisadores de computadores quânticos estão procurando criar problemas ligeiramente misteriosos que possam permitir que a supremacia quântica seja alcançada, dizer, 50-100 qubits - números alcançáveis ​​nos próximos anos.

Alcançar a supremacia quântica também não significa que essas máquinas serão úteis, ou que o caminho para máquinas em grande escala ficará claro.

Além disso, ainda precisamos descobrir como lidar com os erros. Computadores clássicos raramente sofrem falhas de hardware - a "tela azul da morte" geralmente vem de bugs de software, em vez de falhas de hardware. A probabilidade de falha de hardware é geralmente menor do que algo como um em um bilhão de quatrilhões, ou 10 ^-24 em notação científica.

O melhor hardware de computador quântico, por outro lado, normalmente atinge apenas cerca de um em cada 10, 000, ou 10 ^-4. São 20 ordens de magnitude pior.

É tudo apenas engenharia?

Estamos vendo um lento aumento no número de qubits nos sistemas mais avançados, e cientistas inteligentes estão pensando em problemas que podem ser resolvidos de forma útil com pequenos computadores quânticos contendo apenas algumas centenas de qubits.

Mas ainda enfrentamos muitas questões fundamentais sobre como construir, operar ou mesmo validar o desempenho dos sistemas de grande escala que às vezes ouvimos que estão ao virar da esquina.

Como um exemplo, se construirmos um computador quântico totalmente "corrigido de erros" na escala de milhões de qubits necessários para fatoração útil, tanto quanto podemos dizer, representaria um estado totalmente novo da matéria. Isso é muito fundamental.

Nesta fase, não há um caminho claro para os milhões de qubits corrigidos de erros que acreditamos serem necessários para construir uma máquina de fatoração útil. Os esforços globais atuais (dos quais este autor é um participante) estão buscando construir apenas um qubit corrigido de erro a ser entregue em cerca de cinco anos a partir de agora.

No fim do dia, nenhuma das equipes mencionadas acima provavelmente construirá um computador quântico útil em 2017 ... ou 2018. Mas isso não deve causar preocupação quando há tantas perguntas interessantes para responder ao longo do caminho.

Este artigo foi publicado originalmente em The Conversation. Leia o artigo original.