O que é computação quântica?

Em junho, a Organização das Nações Unidas (ONU) declarou 2025 como o "Ano Internacional da Ciência e Tecnologia Quântica" [1], com o objetivo de enfatizar a importância dessa área inovadora.

Nesse meio, a Computação Quântica se destaca pelo seu grande valor no longo prazo devido à expectativa de que os computadores quânticos resolverão problemas complexos de forma mais rápida que os tradicionais, em áreas como química, finanças e energia. Mas, afinal, o que é a Computação Quântica e como ela se diferencia da computação que já estamos acostumados?

Computação Quântica é um novo paradigma de computação em que, diferentemente dos computadores atuais (computadores clássicos), guarda a sua informação em um sistema quântico com qubits (os bits quânticos). Um exemplo simples de sistema quântico seria um fóton (partícula de luz) que, ao invés de estar em 0 e 1, pode ter uma polarização horizontal, vertical ou uma combinação das duas. De forma bem geral, óculos escuros polarizados só permitem fótons em uma das polarizações passarem, filtrando as demais. Para saber se os seus óculos escuros são realmente polarizados, sobreponha as lentes e rode uma delas, em algum ponto praticamente toda a luz será interrompida, como é ilustrado na figura abaixo.

O uso desses sistemas quânticos nos permite aproveitar alguns fenômenos da Mecânica Quântica, como a superposição e o emaranhamento (que pode ocorrer quando duas partículas passam por operações físicas). Um exemplo de superposição no caso dos fótons seria um estado que é metade horizontal e metade vertical, que podemos chamar de diagonal. O emaranhamento é um pouco mais complexo, mas pode ocorrer quando realizamos operações físicas em dois fótons que os tornam correlacionados, por exemplo, sempre com o mesmo estado: se um estiver polarizado horizontalmente o outro também estará.

Utilizando os fenômenos quânticos, podemos realizar cálculos de uma forma diferente e, em alguns casos, mais rápida do que os computadores clássicos. Assim, baseados nesses princípios, alguns “algoritmos quânticos” demonstraram um ganho computacional para resolver certas tarefas, sendo identificados como métodos que possuem “vantagem quântica”.

Mesmo sendo uma área bastante atrativa, precisamos ter cuidado com o chamado "hype quântico". Muitas pessoas, por exemplo, acreditam que computadores quânticos serão melhores que os nossos computadores atuais para qualquer tipo de tarefa. Isso é um conceito errado, uma vez que se espera que essas novas máquinas sejam destinadas para resolver problemas bem específicos, e muitas vezes em conjunto com computadores tradicionais.

Como exemplo, a IBM chegou a anunciar o lançamento, nos próximos dez anos, do chamado “ quantum-centric supercomputer ” (supercomputador centrado em quântica), um sistema de supercomputadores clássicos conectados a computadores quânticos, para serem usados de forma complementar.

Os algoritmos quânticos que possuem vantagem quântica tiveram a sua eficiência comprovada apenas na teoria, como o algoritmo de Shor, que permite fatorar números em parcelas primas, causando medo em pessoas preocupadas em criptografia (baseada no fato de tais fatorações serem difíceis).

Porém, o hardware dos computadores quânticos ainda precisa de muitas melhorias para podermos executar esses métodos com aplicações reais, o maior número já fatorado em um computador quântico é o 21, cujos fatores 3 e 7 podem ser facilmente encontrados. Atualmente temos um número muito reduzido de qubits, os quais facilmente têm a sua informação “corrompida” em um processo conhecido como descoerência.

Mesmo assim, órgãos governamentais e empresas ao redor do mundo, como a PSR, vêm investindo, se capacitando e realizando pesquisas nessa área, para estarem prontos para quando a tecnologia poderá ser aproveitada.

[1] https://quantum2025.org/en/