O que é qubit? Entenda como computadores quânticos podem mudar o mundo

No índice abaixo, veja o que você vai encontrar nesta matéria sobre a tecnologia revolucionária:

Antes de entender o que é qubit, é preciso dominar o conceito de bit. O termo é a abreviação de “binary digit” e se refere à menor unidade da computação convencional. Logo, tudo que acontece dentro de um computador, celular ou servidor nasceu a partir de um combinado de bits. Cada bit é capaz de assumir apenas dois valores possíveis: 0 ou 1. Esses valores são utilizados porque apontam justamente os dois estados elétricos possíveis em um circuito, desligado e ligado. A partir da combinação de inúmeros zeros e uns, o computador processa imagens, sons, cálculos e executa todos os comandos.

Em imagens, por exemplo, existem pontinhos muito pequenos chamados de “pixels”, que, quando reunidos, transformam-se em uma imagem completa. A cor de cada pixel é definida por uma combinação de 0 ou 1. Ou seja, uma foto comum de celular, em resolução de 1920 por 1080 pixels, pode acumular cerca de 50 milhões de bits. Em resumo, a “mente” do seu computador pensa em infinitas combinações de 0 ou 1.

Agora que sabemos o que é bit, podemos adentrar ao mundo da computação quântica e descobrir o que é qubit. O termo é a abreviação de “quantum bit” e representa, como o nome sugere, a menor unidade de informação de um computador quântico. O que torna o qubit especial é que, diferentemente do bit, ele pode representar 0 e 1 ao mesmo tempo. Esse fenômeno é chamado de superposição, um dos conceitos mais populares da física quântica. Isso é explicado pelo artigo “Hello Quantum! How Quantum Computing will Change the World”, assinado pelos pesquisadores Jan Kietzmann, Dionysios S. Demetis, Theresa Eriksson e Amir Dabirian.

Em outras palavras, isso significa que os computadores quânticos podem realizar muitos cálculos simultaneamente, em vez de resolver um problema de cada vez, como nos computadores convencionais. Com os qubits, é como se uma partida de futebol terminasse em vitória, empate e derrota simultaneamente - sem que um resultado atrapalhasse no outro. Como se uma moeda arremessada ao ar caísse em cara e em coroa. O artigo aponta um exemplo que explica essa dinâmica muito bem. Apesar de impressionante, esse tipo de processamento é extremamente difícil de alcançar na prática, como veremos a seguir.

Fazer computadores quânticos funcionarem tem sido um grande desafio entre os pesquisadores do mundo todo. Isso porque os qubits são extremamente sensíveis ao ambiente e qualquer mínima vibração, variação de temperatura ou interferência eletromagnética pode fazer com que percam seu estado de superposição. De início, eles não podem ser processados a partir de chips de silício tradicionais, como acontece nos computadores convencionais. Alguns modelos são feitos com circuitos supercondutores, outros com átomos isolados, fótons ou até partículas artificiais criadas em laboratório.

Além disso, as condições precisam ser perfeitas. Os qubits só funcionam em temperaturas extremamente baixas, próximas do zero absoluto na escala Kelvin, ou seja -273 °C, e em ambientes livres de qualquer interferência externa. Por isso, os chips quânticos normalmente são instalados dentro de câmaras criogênicas grandes e altamente isoladas. Todas essas condições encarecem muito o sistema e exigem equipes altamente especializadas, o que explica por que a computação quântica ainda está restrita a grandes laboratórios e centros de pesquisa. Mesmo assim, já há máquinas operando e acessíveis via nuvem, mantidas por empresas como IBM, Google e outras.

Apesar da dificuldade, espera-se que, no futuro, a computação quântica se torne mais acessível. Com ela, seria possível resolver problemas que hoje estão além da capacidade dos computadores clássicos, como acelerar o desenvolvimento de novos medicamentos, otimizar grandes cadeias logísticas e sistemas energéticos e, até mesmo, criar novos materiais ainda não conhecidos.

Esses computadores também prometem revolucionar a inteligência artificial (IA), tornando o aprendizado de máquina mais rápido e preciso. Ainda, podem ser usados em análises climáticas, previsões financeiras e até na segurança cibernética, com novas formas de criptografia capazes de resistir aos próprios ataques quânticos.

Um dos marcos mais importantes até agora foi o experimento conduzido pelo Google em 2019, em que a empresa disse ter alcançado a “supremacia quântica”, que é quando um computador quântico realiza uma tarefa impossível para as máquinas clássicas. Apesar disso, assim como os primeiros automóveis mal passavam de algumas dezenas de quilômetros por hora e a Internet inicial se resumia a e-mails e páginas estáticas, a computação quântica ainda está longe de mostrar tudo o que pode.

A física quântica nasceu da tentativa de explicar fenômenos microscópicos que a física clássica de Newton não conseguia compreender. O primeiro cientista a desenvolver estudos sobre o tema foi o alemão Max Planck, no fim do século XIX. Ele desenvolveu uma fórmula que mostrava que a energia não é emitida ou absorvida de forma contínua, mas em pequenas quantidades, chamadas quanta.

Essa ideia, publicada em 1900, marcou o ponto de partida de uma nova era científica. Contudo, o próprio Planck não tinha percebido, de imediato, a dimensão do que havia descoberto. Anos depois, Albert Einstein e Niels Bohr ajudaram a consolidar esse novo campo. Einstein demonstrou que a luz é formada por partículas chamadas fótons, que se comportam também como ondas, reforçando e ampliando os conceitos de Planck. Já Bohr combinou as teorias dos dois para criar um modelo atômico mais completo, tornando obsoleto o famoso “modelo do pudim de passas”, proposto por J. J. Thomson, que você provavelmente aprendeu nas aulas de química da escola.

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