Os anúncios sobre computadores quânticos estão se multiplicando, no entanto essa tecnologia ainda está em seus estágios iniciais, comparáveis à época em que os transistores substituíam as válvulas termiônicas. Pesquisadores de várias universidades publicaram uma análise na
Science que traça um paralelo impressionante com a história da computação clássica.
Este estudo, conduzido por especialistas da Universidade de Chicago, Stanford, MIT e outras instituições, avalia o estado dos hardwares quânticos. Ele indica que, embora sistemas funcionais existam, os verdadeiros obstáculos residem em sua expansão em larga escala. A colaboração entre academia, governos e indústria acelerou o progresso, mas o caminho para aplicações práticas massivas ainda é longo.
O processador quântico Majorana 1.
Crédito: Microsoft Para medir os avanços, os autores compararam seis plataformas quânticas principais, como os qubits (veja abaixo) supercondutores e os íons presos. Usando modelos de inteligência artificial, eles atribuíram níveis de maturidade tecnológica a cada abordagem. Essas avaliações mostram que mesmo os protótipos mais avançados estão longe do desempenho necessário para, por exemplo, simulações químicas em larga escala que exigem milhões de qubits com baixa taxa de erro.
Um dos coautores, William D. Oliver do MIT, explica que componentes eletrônicos dos anos 1970, embora maduros para sua época, eram limitados comparados aos circuitos integrados atuais. Da mesma forma, uma alta maturidade tecnológica hoje não significa que os objetivos quânticos foram alcançados, mas que uma demonstração modesta foi realizada, necessitando ainda de melhorias substanciais.
Os principais obstáculos identificados incluem a fabricação em série de dispositivos de alta qualidade, o gerenciamento de fiação e sinais, bem como o controle dos sistemas. Esses problemas lembram aqueles encontrados pelos engenheiros de computação nos anos 1960, com a "tirania dos números". O domínio da potência, da temperatura e da calibração automática é essencial para a escalabilidade.
A análise mostra a importância de tirar lições da história da computação. Inovações como a litografia ou novos materiais para transistores levaram décadas para sair do laboratório para a indústria. Para as tecnologias quânticas, uma abordagem sistêmica e um conhecimento científico compartilhado são vitais, ao mesmo tempo em que se cultiva a paciência, como foram muitos avanços históricos.
Assim, embora a tecnologia quântica progrida rapidamente, seu pleno potencial dependerá da resolução de obstáculos técnicos persistentes e de uma visão de longo prazo. Os pesquisadores pedem esforços coordenados para transformar essas promessas em realidades concretas, sem pressa.
Os qubits: as unidades fundamentais da computação quântica
Os qubits são os elementos básicos dos sistemas quânticos, similares aos bits na computação clássica, mas com propriedades únicas. Ao contrário dos bits que representam 0 ou 1, os qubits podem existir em uma superposição de estados, permitindo cálculos paralelos massivos. Esta característica é explorada para resolver problemas árduos, como a simulação molecular ou a otimização, que ultrapassam as capacidades dos computadores tradicionais.
Diferentes tecnologias são usadas para criar qubits, cada uma com suas vantagens e desvantagens. Por exemplo, os qubits supercondutores funcionam em temperaturas extremamente baixas, enquanto os íons presos são estáveis, mas exigem um controle preciso. Os defeitos de spin (spin defects) em semicondutores oferecem uma integração potencial com a eletrônica existente, mas sua fabricação é delicada.
A escolha de uma plataforma depende da aplicação visada, como cálculo, comunicação ou detecção. Os pesquisadores trabalham para melhorar a coerência e a fidelidade dos qubits, ou seja, sua capacidade de manter a informação quântica sem erro. Progressos em materiais e técnicas de controle são essenciais para realizar sistemas práticos em larga escala.
Entender essas diferenças ajuda a apreciar por que a escalabilidade é tão difícil. Cada tipo de qubit impõe restrições específicas em termos de temperatura, ruído e conectividade, o que explica a diversidade de abordagens exploradas na pesquisa quântica.
A escala de maturidade tecnológica (TRL) aplicada ao quântico
A escala de maturidade tecnológica, ou TRL, é uma ferramenta usada para avaliar o desenvolvimento de uma inovação, da concepção teórica à implementação operacional. Ela possui nove níveis, onde o nível 1 corresponde à observação dos princípios básicos em laboratório, e o nível 9 a uma tecnologia comprovada em ambiente real. No domínio quântico, esta escala permite comparar objetivamente as diferentes plataformas.
A aplicação da TRL às tecnologias quânticas mostra que a maioria dos sistemas ainda está em níveis intermediários, entre 4 e 6, onde protótipos funcionais existem, mas necessitam de otimizações. Por exemplo, qubits supercondutores atingiram uma TRL alta para cálculo, mas seu desempenho bruto permanece insuficiente para aplicações industriais em larga escala.
Esta avaliação ajuda a identificar as etapas críticas para a passagem à escala, como a melhoria da fabricação ou a redução dos erros. Ela também alerta contra uma interpretação muito otimista: uma TRL alta não significa que a tecnologia está pronta para uma implantação massiva, mas que ela superou uma etapa importante em seu desenvolvimento.
Olhando para a história, tecnologias como os semicondutores conheceram TRLs elevadas em épocas onde suas capacidades eram limitadas. Isto lembra que o caminho para a maturidade é progressivo, necessitando de iterações constantes e investimentos sustentados em pesquisa e engenharia.
Fonte: Science