O que são projéteis quânticos, e o que eles têm a ver com a “supremacia quântica”?

Lemos frequentemente a expressão “supremacia quântica” em revistas populares de divulgação científica: se já a alcançamos e quais seriam as consequências de alcançá-la?

Em resposta a isso, a mídia frequentemente repercute a corrida pelo primeiro computador quântico, tecnologias quânticas que prometem revolucionar nossas vidas ou o anúncio do desenvolvimento de armas quânticas, com um foco especial na China e sua aposta em tecnologias quânticas de uso militar.

Mas o que exatamente significa tudo isso? O que queremos dizer com “supremacia quântica” e em que estágio realmente estamos em seu desenvolvimento?

Computadores quânticos

No final de 2019, a equipe do Google Quantum AI Lab publicou um artigo na prestigiada revista científica Nature, no qual afirmava ter alcançado a “supremacia quântica” na qual vinha trabalhando há algum tempo. Eles conseguiram usar um computador quântico para resolver um problema que parecia impossível para qualquer computador clássico contemporâneo.

Pouco tempo depois, no entanto, uma equipe de cientistas da Academia Chinesa de Ciências conseguiu programar um (super)computador clássico para resolver o mesmo problema, demonstrando assim que os computadores clássicos ainda são capazes de fazer qualquer coisa que os computadores quânticos possam fazer. Em outras palavras, a “supremacia quântica” ainda não chegou à computação.

A vantagem da eficiência

A conquista tecnológica do Google, porém, não foi nada fácil, pois para emular esse resultado obtido com apenas cerca de 100 qubits, os pesquisadores chineses tiveram que usar um supercomputador. Em comparação, um computador clássico de 100 bits não poderia nem mesmo multiplicar dois números de 10 dígitos.

Esse é um exemplo típico da situação atual e do poder que os computadores quânticos poderiam ter se pudéssemos superar as dificuldades técnicas de juntar muitos qubits e ainda assim fazer com que o sistema se comportasse de forma quântica. E é a isso que se referem aqueles que falam de “supremacia quântica”: dados dois sistemas com as mesmas restrições (por exemplo, nesse caso, memória), o quântico é muito mais eficiente.

Tecnologias quânticas

Pode-se falar de “supremacia quântica” em muitos contextos além da computação. Afinal, a computação é apenas uma parte das várias técnicas de solução de problemas usadas na vida cotidiana. E, de fato, a computação é a área em que a supremacia quântica é mais questionada, onde parece estar mais longe de ser alcançada.

As vantagens das tecnologias quânticas, com exceção da computação, são menos divulgadas e, portanto, menos conhecidas. Mas elas estão muito mais próximas da realidade comercial do que os computadores quânticos, que talvez nem tenhamos daqui a vinte anos.

Sensores quânticos

Um exemplo muito relevante é o uso de sensores quânticos para gravimetria. Ou seja, para medir campos gravitacionais na Terra. A vantagem dos sensores quânticos é que eles funcionam com muita precisão, mesmo em condições de solo ruins.

Isso já tem usos práticos, por exemplo, na medição das mudanças (muito pequenas) no campo gravitacional causadas pelos movimentos do magma dentro de um vulcão ativo. Isso a torna uma tecnologia muito promissora para a previsão de erupções vulcânicas.

Mas há muitos outros exemplos, desde a geração de números aleatórios até comunicações criptografadas mais seguras, aplicações na medicina etc que mostram que as tecnologias quânticas estão florescendo além da computação.

Em todas as áreas em que as tecnologias quânticas prometem (por enquanto, teoricamente) melhor funcionalidade do que as tecnologias clássicas, também falamos de supremacia quântica.

Projéteis quânticos

Uma nova possibilidade surgiu recentemente na mente de alguns cientistas: a de transportar matéria com mais eficiência e, entre a matéria, projéteis.

O cenário é o seguinte: suponhamos que tenhamos um canhão que, toda vez que dispara, o projétil sai com uma velocidade aleatória. Isso pode ocorrer por vários motivos (imperfeições no cano, nem todos os projéteis são iguais, etc.).

Imaginemos também que temos a tarefa de atingir uma parede com esse projétil, e que o cano deve estar a pelo menos X metros de distância da parede. No mundo clássico com o qual estamos acostumados, a melhor estratégia seria colocar o canhão o mais próximo possível da parede, de modo que, mesmo que a velocidade do projétil fosse menor do que a esperada quando disparado, ainda assim seria suficiente para atingir a parede.

O canhão quântico

No entanto, um estudo recente, realizado em colaboração com o Institute for Quantum Optics and Quantum Information (IQOQI) em Viena, mostra que no mundo quântico é possível posicionar o canhão de forma que a probabilidade de atingir a parede seja maior do que na física clássica, mesmo que a distribuição de velocidade seja a mesma.

Esse é um efeito da autointerferência manifestada pelos sistemas quânticos, e é a chave para alcançar a supremacia quântica em todas essas novas tecnologias.

É necessário muito trabalho para que esses resultados tenham alguma aplicação além do laboratório. Afinal, as tecnologias quânticas, que estão na mente dos cientistas há pelo menos 40 anos, só agora estão começando a dar frutos.

A complexidade da realização de experimentos para testar essa nova “supremacia quântica” no transporte de matéria está além do nosso alcance. Por enquanto, isso continua sendo apenas um conceito para escritores de ficção científica, e um problema desafiador para a comunidade científica resolver.

Este artigo foi republicado do The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.