Mais perto do supercomputador quântico

Em 1981, o físico Richard Feynman especulou sobre a possibilidade de "minúsculos computadores obedecendo às leis da mecânica quântica". Ele sugeria que um computador quântico poderia ser a melhor forma de simular sistemas quânticos no mundo real, um desafio que ainda hoje está muito além do poder de cálculo dos mais rápidos supercomputadores.

Desde então, houve progressos esporádicos na construção desse tipo de computador. Os experimentos realizados até hoje, porém, praticamente só renderam sistemas que buscam demonstrar a solidez do princípio. Eles oferecem um irresistível vislumbre da possibilidade de um futuro poder na supercomputação, mas somente alguns pobres resultados. No entanto, recentes progressos renovaram o entusiasmo na busca por caminhos para construir computadores quânticos significativamente mais poderosos.

Esforços de laboratórios nos Estados Unidos e Europa estão sendo conduzidos com inúmeras tecnologias. Significativamente, a IBM reconstituiu o que havia sido um esforço de pesquisa de nível relativamente baixo em computação quântica. A IBM está respondendo a avanços feitos no ano passado em Yale e na Universidade da Califórnia, em Santa Bárbara, que sugerem a possibilidade de computação quântica baseada em tecnologias padronizadas de fabricação de microeletrônicos. Os dois grupos usam um material supercondutor, rênio ou nióbio, sobre uma superfície semicondutora que, quando resfriada quase ao zero absoluto, exibe comportamento quântico.

A empresa reuniu um grande grupo de pesquisa em seu Centro de Pesquisa Thomas J. Watson, em Yorktown Heights, que inclui alunos dos laboratórios de Santa Barbara e Yale – e que começou agora um projeto de pesquisa de cinco anos. "A IBM está bastante interessada em usar a física em que esses outros grupos têm sido pioneiros", disse David DiVincenzo, físico e gerente de pesquisa da IBM. Pesquisadores de Santa Barbara e Yale também disseram que esperam fazer mais progressos em 2011 e nos próximos anos.

No nível mais básico, computadores quânticos são compostos de bits quânticos, ou qubits, em vez dos bits tradicionais que são a unidade básica dos computadores digitais. Num sistema de dois qubits, seria possível computar em quatro valores de uma só vez, num sistema de três qubits seriam oito por vez, num sistema de quatro qubits seriam 16, e assim por diante. Conforme aumenta o número de qubits, o poder potencial de processamento aumenta exponencialmente.

Armadilha

Existe, é claro, uma armadilha. O simples ato de medir ou observar um qubit pode despi-lo de seu po­­tencial de computação. Assim, os pesquisadores têm usado o entrelaçamento quântico – onde partículas são ligadas de forma que me­­dir a propriedade de uma revela instantaneamente informações so­­bre a outra, independente de quão distantes as duas partículas estão – para extrair informações. Porém, criar e manter qubits em estados entrelaçados tem sido tremendamente desafiador. "Esta­­mos no estágio de tentar desenvolver esses qubits de uma forma que seria como o circuito integrado, que lhe permitiria fazer muitos deles de uma única vez", explicou Rob Schoel­kopf, físico que lidera o grupo de Yale. "Nos próximos anos veremos operações com mais qubits, mas apenas alguns". A boa notícia, segundo ele, é que enquanto o número de qubits está aumentando lentamente, a precisão com que os pesquisadores são capazes de controlar interações quânticas já aumentou em mil vezes. Os pesquisadores de Santa Barbara acreditam que irão essencialmente dobrar o poder computacional de seus computadores quânticos no próximo ano. John Martinis, físico que é membro da equipe e que assinou um artigo sobre o tema na revista Nature com Matthew Neeley, descreve avanços.

"Agora estamos projetando um dispositivo com quatro qubits e cinco ressonadores [componentes microeletrônicos padronizados usados para forçar o entrelaçamento quântico]", diz. "Se tudo correr bem, esperamos elevar isso a oito qubits e nove ressonadores em pouco mais de um ano".

Outros métodos incluem o uso de lasers e envolvem a Nasa e o Google

Duas abordagens tecnológicas concorrentes para as técnicas da IBM e das universidades de Santa Barbara e Yale estão sendo analisadas. Uma delas envolve construir qubits a partir de íons, ou partículas atômicas carregadas, presas em campos eletromagnéticos. Lasers são usados para entrelaçar os íons. Até agora, sistemas de até oito qubits já foram criados através desse método, e pesquisadores acreditam ter ideias para projetos que possibilitarão sistemas muito maiores.

Atualmente, mais de 20 laboratórios de universidades e em­­presas estão buscando esse projeto. Em junho, pesquisadores da Toshiba Research Europe e da Universidade de Cambridge relataram, na revista "Nature", que haviam fabricado diodos emissores de luz emparelhados a um ponto quântico de formato personalizado, o que funcionava como uma fonte de luz para fótons entrelaçados. Agora os pesquisadores estão construindo sistemas mais complexos, e dizem que já conseguem enxergar um caminho a computadores quânticos funcionais.

Uma outra tecnologia foi de­­senvolvida pela D-Wave Sys­­tems, um fabricante canadense de computadores. A D-Wave criou um sistema com mais de 50 bits quânticos, recebido com ceticismo por muitos pesquisadores do campo – que acreditam que ele ainda não provou um verdadeiro entrelaçamento. Mesmo assim, Hartmut Neven, pesquisador de inteligência artificial do Google, afirmou que a empresa recebeu uma pro­­posta da D-Wave e do laboratório de Propulsão de Jatos da NASA para desenvolver, no próximo ano, uma instalação de com­­putação quântica para o Google com base na tecnologia da D-Wave.