Pode ser quântico o computador do futuro

Já não vivemos sem computador. Além das máquinas que hoje recebem diferentes nomes, como microcomputador, computador portátil e outros nomes em inglês que acabamos por adotar, quase todos os aparelhos eletrônicos têm processadores. Estes processadores são os ingredientes essenciais dos computadores: são eles que “computam”. É interessante, aliás, notar uma mudança semântica no uso da palavra computador. Para os primeiros automóveis ou aviões que empregavam computadores, dizíamos que eles tinham computador de bordo. Hoje ninguém se lembra disso, pois cada carro ou avião tem inúmeros computadores (processadores) dentro de si.

Muitos têm sido os avanços na produção de computadores nas últimas décadas. Comecemos pela tela. Por longo tempo, empregou-se uma tecnologia antiga, com tubos de raios catódicos ou tubos de televisão, que já tem mais de cem anos. Devido ao princípio de funcionamento, não era possível obter tela fina e leve. Hoje, praticamente todos os novos computadores têm tela de cristal líquido (denominadas LCD, do nome em inglês “liquid crystal display”), e em breve poderão se popularizar as telas de diodos emissores de luz, denominadas de telas LED, da sigla em inglês “light emitting diode”. As telas de TV com LED usam semicondutores inorgânicos, materiais rígidos. Como já comentei neste espaço, já há tecnologia para produzir telas de plástico luminescente, o que permitirá obter telas flexíveis.

A capacidade de processamento também evoluiu enormemente, o que permite hoje a um telefone celular realizar tarefas que só computadores de grande porte poderiam fazer nos primórdios da computação. Isso vem acompanhado do aumento de capacidade de memória, principalmente com os novos materiais produzidos pela nanotecnologia (vide ensaio “Nanotecnologia chega ao Nobel”).

A evolução fantástica da capacidade computacional nos últimos anos, com aparelhos cada vez menores e mais poderosos, se deve ao aprimoramento na produção e controle de novos materiais. Isso só é possível com conhecimentos da teoria quântica, como já enfatizei mais de uma vez. Entretanto, o processamento e armazenamento da informação ainda se baseiam em processos explicados pela física clássica. Ocorre que as informações num computador atual (que chamamos de clássico) são armazenadas e lidas em materiais segundo as leis do eletromagnetismo clássico. Os estados lógicos binários 1 e 0 são definidos dependendo se há passagem ou não de corrente elétrica, ou se uma certa região está magnetizada ou não.

Há alguns anos propôs-se o desenvolvimento de um computador quântico, em que a lógica binária seria substituída aproveitando-se de uma propriedade interessante da mecânica quântica. Ao contrário da mecânica clássica para um sistema de dois estados em que uma entidade física só pode ocupar o estado “1” ou o estado “0”, na mecânica quântica existem infinitas possibilidades porque a entidade pode em princípio ocupar os dois estados simultaneamente.

Uma analogia é a de um livro que pode ser colocado em uma de duas prateleiras de uma estante. A uma prateleira atribuímos o estado “0” e à outra o estado “1”. Logicamente, no nosso mundo clássico o livro ou está em “1” ou em “0”. Já a mecânica quântica permite como solução a superposição dos estados, como se uma parte do livro pudesse estar na prateleira “0” e o restante na prateleira “1”. A possibilidade de dividir em 2 partes arbitrárias fornece a infinidade de soluções.

Assim, ao contrário do computador clássico cuja memória é feita de bits que podem guardar apenas "1" ou "0" de informação, um computador quântico mantém um conjunto de qubits (do inglês, quantum bit) que podem conter "1", "0" ou uma sobreposição destes estados. É o chamado paralelismo quântico que permite executar operações simultaneamente, aumentando enormemente a capacidade de processamento de informação. Há previsões de que um computador quântico poderá processar um milhão de operações enquanto um clássico poderia processar uma única.

Os sistemas físicos que representarão os qubits podem, em princípio, ter dimensões menores do que os elementos de circuito de um computador clássico, podendo ser inclusive núcleos de átomos. Isso permitiria miniaturização sem precedentes na história do computador, mas embute a maior dificuldade de fabricação de um computador quântico eficaz: a manipulação e verificação do estado de cada um desses sistemas físicos nos qubits. Por isso, um computador quântico ainda não está disponível para uso em larga escala, e não se tem previsão de quando poderá estar.

Das pesquisas em computação quântica, todavia, já há resultados concretos e usados pela sociedade. Trata-se da criptografia quântica, com a qual informações são criptografadas com muito mais segurança de que com os métodos clássicos atuais. A propósito, espera-se que um computador quântico possa descobrir as senhas criptografadas com os métodos clássicos. Isso significa que se um grupo de cientistas desenvolver um computador quântico com essa capacidade, todo o sistema de comércio e bancário estaria sob risco caso esses pesquisadores fossem mal intencionados. A solução seria imediatamente substituir todo o sistema com criptografia quântica, cujas senhas não poderiam ser quebradas. 

Eu particularmente não me preocupo com essa possibilidade de colapso. Na história da ciência não parece haver casos de grandes cientistas que usem seus inventos deliberadamente para o mal. Há logicamente casos em que as invenções foram usadas para a guerra, mas sempre havia outros objetivos que supostamente seriam benéficos. Felizmente os cientistas do mal ficam nas obras de ficção.