Fernando Brandão e a Revolução da Computação Quântica: Avanços e Desafios

O brasileiro Fernando Brandão, 42 anos, é um dos responsáveis pela pesquisa em computação quântica no laboratório da Amazon Web Services (AWS). Ele compartilha que sua equipe ainda terá um longo caminho pela frente para transformar o protótipo de chip quântico apresentado recentemente em um supercomputador plenamente funcional.

Em entrevista à Folha, realizada por videoconferência de seu laboratório em Pasadena, Califórnia, Brandão destacou a importância de desenvolver um modelo industrial de fabricação de chips e de validar os processos utilizados. “Precisamos de muitos chips interconectados e desenvolver a habilidade de como ligar isso”, enfatizou.

A lousa por trás dele exibia complexos desenhos e cálculos relacionados a estados quânticos. O físico teórico, formado pela Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) e doutorado pelo Imperial College de Londres, é professor no Caltech (Instituto de Tecnologia da Califórnia). Sua trajetória inclui passagens pela Universidade Federal de Minas Gerais e uma instituição na Suíça.

O Impacto da Computação Quântica

A computação quântica possui o potencial de resolver problemas considerados insolúveis para a computação clássica. Isso inclui desafios como a quebra de criptografia utilizada em sistemas de defesa cibernéticos e criptomoedas, além de análises significativas na criação de novos materiais e fármacos. Porém, apesar de serem promissores em teoria, esses sistemas ainda enfrentam desafios de estabilidade, não apresentando um funcionamento confiável.

Um dos principais obstáculos identificados por Brandão é a redução da taxa de erro nos qubits — as unidades quânticas de informação, que são o equivalente quântico dos bits da computação clássica. Atualmente, a taxa de erro é tão alta que, para obter um único “qubit lógico” (a representação ideal sem perturbações), é necessário combinar muitos “qubits reais”.

Os qubits reais são partículas subatômicas que respondem a estímulos externos e seu comportamento é crucial para os cálculos quânticos. Diferente de um bit convencional, que só pode ser zero ou um, um qubit pode coexistir em ambos os estados simultaneamente.

Desenvolvimentos Recentes no Setor

A corrida pela liderança na computação quântica foi impulsionada por anúncios significativos de grandes players como a Microsoft, que, no dia 19 de fevereiro, revelou qubits mais resistentes a erros, utilizando um estado quântico da matéria conhecido como férmions de Majorana. O chip named Majorana 1 possui oito qubits topológicos, mantendo os elétrons em um estado de superposição constante.

Posteriormente, a equipe da AWS também apresentou uma técnica inovadora que utiliza o estado bosônico da matéria para conter erros, logrando uma redução de dez vezes na quantidade de qubits reais necessários para chegar a um qubit lógico. Esse avanço pode acelerar a criação de um computador quântico viável em até cinco anos.

O método da Amazon se inspira na superposição de fótons — partículas de luz — e se refere ao fenômeno conhecido como “estado de gato”, uma alusão ao famoso experimento mental de Erwin Schrödinger. A lógica é que um maior número de fótons reduz a probabilidade de interferências externas. Assim como os fótons, os qubits têm comportamento quântico, e isso os torna suscetíveis a perturbações, influenciando diretamente os resultados de cálculos quânticos.

Isolamento e Temperatura: os Desafios do Ambiente Quântico

Brandão destaca a sensibilidade extrema dos qubits, que operam em ambientes isolados a temperaturas próximas do zero absoluto (-273 ºC). Isso implica na necessidade de engenheiros especializados em criogenia para garantir a estabilidade do sistema. A manipulação e a medição do comportamento dos qubits são tão delicadas que devem ser realizadas indiretamente, utilizando outros qubits, denominados qubits de ancilla.

O desafio de isolar os sistemas de influências externas é constante. “Sempre haverá uma perturbação, como a passagem de um fóton ou um campo magnético próximo, que pode afetar a computação”, complementou o físico.

Comparações Históricas e Perspectivas Futuras

Brandão enfatiza a necessidade de continuar a pesquisa em ciências dos materiais e na arquitetura dos chips quânticos antes de escalar a tecnologia. Atualmente, a Amazon está explorando a criação de qubits com materiais supercondutores, semelhantes aos utilizados nos supercomputadores modernos. “Nosso objetivo é que a computação quântica se pareça o máximo possível com os computadores atuais”, explica.

Ele recorda que os primeiros computadores, desenvolvidos em 1946, usavam tubos de vácuo, e que a transição para o uso de transistores levou uma década. “Foi só em 1971 que a Intel lançou seu primeiro processador, com 4 bits e 2.300 transistores. Isso foi há mais de 50 anos, e precisamos de um desenvolvimento similar para os computadores quânticos”, comentou.

Brandão faz uma analogia entre a introdução da computação quântica e a invenção dos primeiros computadores por Alan Turing, que ajudou a decifrar o código nazista Enigma, considerada uma tarefa indecifrável na época.

A criação de um computador quântico pode levar a avanços significativos na compreensão do mundo quântico, semelhante ao impacto dos números complexos na descrição do comportamento quântico. Brandão acredita que essa nova tecnologia poderá gerar inovações tão valiosas quanto o laser e a ressonância magnética, além de contribuir para fertilizantes mais eficientes, baterias melhores e novos produtos farmacêuticos.

No início de sua trajetória na computação quântica, Brandão nunca imaginou que estaria envolvido na construção de um chip quântico. “A área era muito teórica e os experimentos estavam apenas começando. Era uma mudança de paradigma sobre como abordar os problemas da mecânica quântica, mas eu nunca pensei que isso se tornaria realidade”, finaliza.

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