O que é a computação quântica?

A computação quântica é uma tecnologia emergente que usa a natureza única do reino quântico – que existe à escala dos átomos e das partículas subatómicas – para resolver problemas complexos. Teoricamente, os grandes computadores quânticos poderiam resolver certos tipos de problemas (como solucionar encriptações criptográficas ou problemas de otimização complexos) muito mais rápido do que os computadores clássicos. No entanto, a tecnologia atual está longe de ter atingido a maturidade.

Os computadores quânticos usam propriedades quânticas de partículas elementares como átomos, eletrões ou fotões com qubits. Estes têm a particularidade de serem capazes de gerir estados sobrepondo um 0 e um 1. Combinados, permitem sobrepor um grande número de valores.

Em vez de usar o sistema binário de 0 e 1 (bits) da computação clássica, a computação quântica utiliza qubits, cujo estado pode ser representado em qualquer momento por um número complexo chamado amplitude, que descreve a probabilidade de obter 0 ou 1 ao ler o estado do qubit. Essa complexidade, de acordo com o pensamento atual, poderia tornar os computadores quânticos – especialmente os maiores, com muitos milhares ou milhões de qubits ou mais – mais capazes na resolução de problemas difíceis.

Um qubit pode ser qualquer sistema quântico que tem dois estados quânticos distintos e controláveis, tais como a polarização de um fóton de luz, o nível de energia de um átomo ou a rotação de um eletrão. Uma vez que os qubits podem existir em mais estados do que os bits padrão, um computador quântico consegue lidar com muito mais informação por qubit do que um computador clássico pode por bit. Por exemplo, enquanto 1024 bits fornecem 128 bytes de RAM, a mesma quantidade de dados pode ser armazenada usando apenas 10 qubits. Um computador quântico de 1000 qubits pode gerir 21 000 números diferentes.

O que poderiam fazer os computadores quânticos? Os computadores quânticos não devem substituir os computadores clássicos ou os supercomputadores. Podem ter um melhor desempenho em determinados tipos de tarefas informáticas, mas terão um aspeto e funcionarão de forma muito diferente dos dispositivos que utilizamos atualmente. E, para muitos problemas, os computadores convencionais continuarão a ser a melhor opção. Mas os computadores quânticos poderão oferecer vantagens quanto a certos tipos de desafios computacionais, como:

O domínio da computação quântica pareceu dar um grande passo em frente em 2019, quando a divulgação não autorizada de um estudo indicou que o Sycamore, computador quântico da Google, tinha alcançado a supremacia quântica. Trata-se de um termo que descreve quando computadores quânticos podem rapidamente resolver um problema que nenhum computador clássico poderia solucionar dentro de um prazo viável.

Em novembro de 2021, o anúncio de um processador de 127 qubits marcou a primeira vez que um dispositivo alcançou o marco de mais de 100 qubits.

Os maiores obstáculos chamam-se ruído e decoerência. Quando uma partícula quântica não é isolada do ambiente circundante, qualquer interação indesejada (mesmo o ato de se realizar uma medição) pode causar o seu colapso num bit clássico com um valor simples de 0 ou 1. Ruído e decoerência têm uma consequência: os qubits têm uma vida muito pequena, atualmente em torno de 100 µ para qubits supercondutores. Apenas algumas portas quânticas podem ser executadas com sucesso durante este período.

O ruído e a decoerência de qubit requerem o uso de códigos quânticos de correção de erros (QECC), a qual combina vários qubits físicos em qubits lógicos com uma taxa de erro aparentemente muito menor e uma vida útil mais longa. Embora os conceitos de QECC tenham sido validados em pequena escala nos laboratórios, a sua implementação permanece difícil. Primeiro, é complicado escalar o número de qubits, independentemente do seu tipo. De facto, o número de qubits físicos necessários para criar um único qubit lógico pode chegar aos mil. E precisamos de pelo menos 100 qubits lógicos para criar um computador quântico universal útil. Isto equivale a um sistema de 100 000 qubits físicos, e atualmente só estamos à volta de 100.

As coisas comportam-se de formas estranhas ao nível quântico. Os objetos quânticos agem ao mesmo tempo como ondas e partículas. Mas medir um objeto quântico provoca o colapso da função de onda, pelo que o observador o vê como uma partícula. Os objetos quânticos também podem existir em vários estados em simultâneo, algo a que se chama superposição. E podem emaranhar-se noutros objetos quânticos.

O que é o emaranhamento quântico? Significa que medir um objeto também afeta o objeto emaranhado, mesmo que os dois estejam distantes um do outro. Objetos quânticos emaranhados têm estados correlacionados mas aleatórios.

Como estes comportamentos são difíceis de compreender e explicar, são muitas vezes descritos de forma demasiado simplificada. Por exemplo, é incorreto dizer que um qubit é «tanto um 0 quanto um 1 ao mesmo tempo». E é improvável que os computadores quânticos sejam sempre melhores e mais rápidos do que os computadores clássicos – para alguns tipos de problemas, os computadores normais continuarão a ser a melhor opção. Mesmo onde os computadores quânticos podem ter vantagens, como solucionar uma encriptação, estamos longe de poder construir tais dispositivos.

Os computadores quânticos atuais representam um avanço significativo em relação aos dispositivos anteriores. Mas ainda têm de provar a sua eficácia na resolução de problemas práticos.

Qual é o futuro da computação quântica? Muitos investigadores e fornecedores do setor estão a trabalhar para atingir novos objetivos. Além disso, está a crescer a dinâmica para formar a próxima geração de especialistas e programadores em computação quântica. Os avanços na computação quântica também deverão estimular a procura de inovação em áreas como o armazenamento em cloud, a exploração de dados e outras tecnologias.

Líder europeu no fornecimento de serviços cloud, a OVHcloud está convencida de que a computação quântica é o próximo ponto de viragem tecnológico.

«O século XX era atómico. O século XXI será quântico.»
Octave Klaba, fundador e presidente da OVHcloud

O investimento da OVHcloud em computação quântica tem assumido várias formas:

• A OVHcloud oferece a solução quântica emuladora mais abrangente do mercado, e ainda está em crescimento. Até à data, estão disponíveis 5 emuladores: Felice (Alice & Bob), Callisto (C12), Pulser (Pasqal), Perceval (Quandela) e MyQLM (Eviden). No verão de 2024, haverá mais de 1000 utilizadores nestas plataformas. Graças a esta gama única de notebooks quânticos, a OVHcloud tem como objetivo disponibilizar para o mundo inteiro todas as tecnologias quânticas, aplicando uma abordagem agnóstica.

• A OVHcloud encontra-se a impulsionar a criação de um ecossistema quântico europeu. É por isso que o Grupo está a impulsionar o seu Startup Program. Já ajuda a crescer nada menos do que 16 startups no setor (hardware e software), nomeadamente através da implementação dos mais recentes emuladores ou da ativação do acesso a computadores quânticos destas startups através da infraestrutura da OVHcloud. O Grupo também investe no desenvolvimento do ecossistema quântico através de vários eventos (France Quantum, Le Lab Quantum, bem como hackathons e conferências).

• De resto, em março de 2023 a OVHcloud adquiriu o MosaiQ, um computador quântico fotónico da empresa francesa Quandela. Esta aquisição permite ao Grupo acelerar os seus esforços de R&D em áreas como a segurança, em que a computação quântica proporciona novas ideias sobre os seus produtos e soluções. Dedicamo-nos igualmente a testar novos conceitos a nível interno e a lançar as bases para que as futuras tecnologias europeias sejam utilizadas pelos agentes industriais.

• Por fim, a OVHcloud está envolvida com o meio académico e com o mundo da investigação. Por exemplo, oferece a estudantes de instituições de ensino superior como a QuanTEdu-France ou a Telecom Paris a oportunidade de beneficiarem de 80 horas de acesso à gama de emuladores do Grupo. Além disso, após a análise das suas candidaturas, alguns alunos podem aceder ao QPU Quandela (processador quântico) da OVHcloud através da cloud. 

A OVHcloud continua a investir no futuro e na inovação, contribuindo para o crescimento do ecossistema quântico francês e europeu.

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