28 Junho 2020
“A tecnologia quântica virá revolucionar tudo o que sabemos. De computadores quânticos, que permitirão maior capacidade computacional que os atuais, a outras tecnologias baseadas na física quântica que poderiam trazer no futuro o que é visto em muitos filmes de ficção científica. E mesmo agora que estamos em uma emergência climática, isso também pode ajudar a combater as mudanças ou uma emergência sanitária como a que sofremos na atualidade”, escreve Mario Ramon Duarte, advogado, especialista em cibersegurança e ciberdefesa, em artigo publicado por ALAI, 24-06-2020. A tradução é de Wagner Fernandes de Azevedo.
No início deste novo e convulsivo século que estamos (XXI), atormentado por uma pandemia que continua a assumir grandes e desconhecidas dimensões em nível global, a tecnologia também continua a se expandir em um ritmo vertiginoso, em concordância com a nova era que se desenrola ante nossas vidas, de forma atônita, cheia de oportunidades, mas ao mesmo tempo cheia de incertezas no comum das pessoas.
As grandes revoluções na história da tecnologia envolveram novas maneiras de usar a natureza, explorando os recursos que ela pode oferecer. Ao longo da história, os seres humanos usaram vários materiais e múltiplos mecanismos no desenho, construção e operação de máquinas que simplificam e automatizam cálculos e processamento de informações. Desde o ábaco (instrumento manual para cálculos aritméticos) até o surgimento dos mais recentes equipamentos de informática do mercado.
Nesta busca, foram percorridos diferentes caminhos e, para explicar os fenômenos ocorridos no macro mundo, devemos recorrer ao microcosmo, lembrando que tudo o que sabemos é constituído por átomos. Uma das áreas de maior pesquisa atualmente é a computação quântica, que correlaciona elementos da computação teórica e da mecânica quântica, para produzir modelos computacionais que utilizam todo o potencial, propriedades e efeitos inerentes às partículas atômicas.
O impacto dessa natureza foi colossal, graças a isso fomos capazes de saber que “a microfísica atual seria inconcebível sem a ajuda dos princípios quânticos”. A teoria da informação moderna surgiu do trabalho de Claude Shannon, um matemático americano que, no final da década de 1940, formulou as equações básicas para essa teoria. Um pouco antes, os físicos Bardeen, Brattain e Shockley haviam inventado o transistor, um produto da aplicação da mecânica quântica à física dos materiais, e quase ao mesmo tempo Jhon von Neumann elaborou sua teoria dos autômatos, a origem da robótica moderna.
Essas descobertas foram decisivas para o desenvolvimento na prática dos conceitos de teoria da informação, e é inegável que a teoria quântica desempenha um papel importante na compreensão profunda dos elementos físicos necessários para esse desenvolvimento.
Agora, entrando completamente no assunto que nos interessa, vale a pena notar que tecnologia quântica virá revolucionar tudo o que sabemos. De computadores quânticos, que permitirão maior capacidade computacional que os atuais, a outras tecnologias baseadas na física quântica que poderiam trazer no futuro o que é visto em muitos filmes de ficção científica. E mesmo agora que estamos em uma emergência climática, isso também pode ajudar a combater as mudanças ou uma emergência sanitária como a que sofremos na atualidade.
Muitas das tecnologias atuais são baseadas em física ou mecânica clássica. Mas a mecânica quântica ainda está “usando fraldas”. Há incógnitas que os cientistas não conhecem e precisam de uma teoria totalmente nova. Os supercomputadores baseados em quantum poderiam fazer simulações de comportamento muito mais precisas nesses níveis, algo que os supercomputadores atuais não podem fazer bem. Em outras palavras, esse novo HPC quântico ajudará a descobrir cada vez mais sobre o próprio quantum. Seu potencial é tal que a liderança da supremacia da tecnologia quântica no plano geopolítico já se tornou outro objeto de batalha entre os Estados Unidos e a China, principalmente. Ambos estão investindo grandes quantias de dinheiro em novos laboratórios que lhes permitem ser pioneiros.
O Conselho Nacional de Ciência e Tecnologia dos Estados Unidos trabalha há alguns anos em uma nova estratégia para o desenvolvimento da Ciência da Informação Quântica (CIC). O relatório, de 15 páginas, recomenda os objetivos que o governo Donald Trump deve buscar para desenvolver e fortalecer suas capacidades na CIC.
O governo de Pequim está construindo um novo Laboratório Nacional de Ciências da Informação Quântica em Hefei, na província de Anhui, a um custo de 10 bilhões de dólares, que eles esperam abrir em 2020. Também na Europa existem importantes laboratórios para essas pesquisas,
As comunicações e a computação quântica ainda estão emergindo, mas estão entre os “megaprojetos” tecnológicos dos quais o governo chinês espera um progresso significativo até 2030. Com esse apoio, o país espera se tornar um líder na emergente era quântica, como foram os EUA durante a era da informação e a revolução da informação que se seguiu. Pan, que em 2011 tornou-se o membro mais jovem da Academia Chinesa de Ciências, é fundamental para que o governo chinês alcance esse objetivo. Tal é a magnitude com que o gigante asiática aborda esse assunto que o presidente Xi Jinping chegou a dizer publicamente que a ciência quântica está iniciando uma nova revolução industrial.
Ultimamente, a Europa também está fazendo grandes esforços para desenvolver novas tecnologias e evitar a dependência tecnológica de outros países como China e Estados Unidos. Um exemplo disso é o esforço que está sendo feito por uma potência emergente como a Rússia, através da Universidade de Ciências e Tecnologia de Moscoe, com um novo programa iPHD em materiais quânticos. Todas essas tecnologias terão impacto na sociedade, nas viagens espaciais, na luta contra as mudanças climáticas (reduzindo a perda de energia) e também nos serviços de inteligência; bem como na saúde, como atualmente se percebe luta contra o coronavírus, é por isso que são tão vitais.
Um exemplo claro de tecnologias quânticas na luta contra a covid-19 é o uso de métodos como cristalografia de raios-X e criomicroscopia eletrônica, duas técnicas experimentais para estudar e analisar materiais, as proteínas do coronavírus, chamadao SARS-CoV-2. Os átomos dessas proteínas se empurram e interagem constantemente.
Usando um supercomputador, é possível realizar simulações digitais das interações que ocorrem entre proteínas e, assim, estudar as diferentes formas que a estrutura de uma proteína pode assumir. Assim, poderiam ser descobertos possíveis medicamentos que poderiam ser acoplados a proteínas para cancelar sua função, e assim obteríamos uma nova molécula para um possível medicamento. Portanto, poderia se projetar uma molécula contra o SARS-CoV-2, cujo o alvo fosse uma proteína na superfície do referido vírus. Essa estratégia tenta evitar a adesão e a invasão, portanto, o contágio pelo vírus em humanos seria reduzido. Este método, com simulações em computador, já foi testado com sucesso em uma proteína do vírus Ebola.
No momento, parece que a computação quântica vai se limitar a grandes empresas que podem aplicá-la a problemas complexos e computacionalmente caros, algo semelhante aos primeiros dias da computação clássica. Provavelmente existirão computadores quânticos cada vez mais potentes, chegando ao que a Google define como supremacia quântica, a partir da qual os computadores quânticos poderiam resolver problemas que nem mesmo o maior supercomputador tem recursos suficientes.
Empresas como Google, Microsoft ou IBM poderiam usar computadores quânticos para treinar sistemas de aprendizado de máquina com mais eficiência ou para fins científicos simulando proteínas ou sistemas quânticos. Em ambos os casos, serão avanços que provavelmente ainda não perceberemos como usuários além dos avanços diários.
Nos Estados Unidos, empresas como IBM, Google e Microsoft estão desenvolvendo seus próprios computadores quânticos, o mesmo está acontecendo na China, onde empresas privadas como Alibaba e Baidu estão participando da criação de computadores quânticos.
No que é estritamente técnico, a unidade fundamental de informação na computação quântica é o bit ou qubit quântico. Os qubits são, por definição, sistemas quânticos de dois níveis, que podem estar no nível baixo, que corresponde a um estado de baixa excitação ou energia definido como 0, ou no nível alto, que corresponde a um estado de maior excitação ou definido como 1, mas – e aqui reside a diferença fundamental com a computação clássica – eles também podem estar em qualquer um dos infinitos estados intermediários, como um estado que é meio 0 e meio 1, ou três quartos de 0 e um quarto de 1. Esse fenômeno é conhecido como superposição quântica e é natural em sistemas quânticos.
Ainda assim, o campo tem uma evolução promissora. Em 1998, o primeiro computador quântico foi apresentado (de apenas dois qubits e precisava de uma máquina de ressonância magnética nuclear para resolver um problema de “brincadeira”, o chamado problema de Deutsch-Jozsa). Em 2001, o algoritmo de Shor foi executado pela primeira vez. Apenas 6 anos depois, em 2007, a D-Wave lançou seu primeiro computador capaz de executar o quenching quântico de 16 qubits. Este ano, a mesma empresa anunciou um computador quântico de 2000 qubit (2019). No entanto, a Google fazia ao mesmo tempo em que havia alcançado a supremacia quântica (termo questionado pela IBM), ou seja, uma máquina quântica que supera qualquer supercomputador. O sistema executou em 200 segundos uma tarefa, de acordo com as expressões da empresa, que o mais rápido computador do mundo (SUMMIT) levaria 10.000 anos.
Assim que a máquina da Google foi anunciada, a China não ficou muito atrás e anunciou à comunidade mundial que havia obtido a invulnerabilidade total de suas comunicações em termos de comunicação quântica. A distância neste contexto é fundamental porque, para ajustar uma rede global de comunicações quânticas, que é o objetivo final ao qual todas as potências aspiram, essa tecnologia precisa funcionar perfeitamente em longas distâncias.
Em suma, os especialistas acreditam na luta pela supremacia das tecnologias Quantum aplicadas em segurança cibernética, inteligência artificial, blockchain, impressão 3D, 5G, drones, etc. Permitirá um progresso impensável hoje. Alguns deles no setor de informações e aprendizado de máquina, que tornarão possível o desenvolvimento de sistemas de criptografia muito mais seguros do que hoje. Muito útil, por exemplo, para o setor bancário e militar.
Eles também o imaginam permitindo a criação de algoritmos de inteligência artificial mais avançados.
E são esperados avanços adicionais no campo da ciência e da medicina, encontrando métodos ótimos de tratamento de acordo com o paciente ou estudando estruturas moleculares complexas. Com todas essas aplicações em potencial, quem obtém a máquina quântica que desfaz o computador convencional parece ter diante de si uma ampla gama de possibilidades de negócios.
Portanto, é um dever inescapável repensar estrategicamente o impacto de todas essas tecnologias que cada vez mais parecem se distanciar de nossa realidade como região, como país, em nossa vida cotidiana e principalmente em nossa essência como seres humanos. Vulnerabilidade, desigualdade tecnológica, desinvestimento, falta de integração e a fraca inovação para alguns poucos, fazem com que cada dia que passa, seja um tempo irrecuperável nessa corrida desigual à qual estamos sujeitos, que parece nos levar a um continente global desconhecido.
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