Computador Universal

Rafael Kenski

Qual o menor tamanho que um computador poderia ter? Eles poderiam muito bem ter o tamanho de um elétron, segundo Seth Lloyd, professor do departamento de engenharia mecânica do Instituto de Tecnologia de Massachussets, Estados Unidos, e pioneiro no estudo dos computadores quânticos, máquinas capazes de registrar informação nas menores substâncias conhecidas. Em um processador tradicional, os circuitos realizam cálculos pela corrente elétrica que flui nos circuitos: se ela está ausente, a máquina registra zero, se está presente, então é 1. Esses dois números, com a ajuda de uma matemática poderosíssima, podem representar sons, imagens e todas as informações que circulam nos computadores. Agora, Seth Lloyd quer fazer o mesmo utilizando apenas átomos, elétrons, luz e outros materiais absurdamente diminutos. Nesse nível, o que vale são as leis da mecânica quântica – um conjunto de lógicas que, aos olhos de quase todos os mortais, não parecem lógicas de maneira alguma.

Foi brincando nesse universo improvável que Lloyd concebeu o primeiro modelo de computador quântico capaz de ser feito com as tecnologias existentes, além de criar sistemas capazes de corrigir erros e evitar imprecisões nessas máquinas. Essa pesquisa não se resume a máquinas mais rápidas: elas podem levar a uma nova forma de ver o Universo, como ele explicou à Super.

Nós precisaremos um dia de computadores quânticos?

Os componentes dos processadores atuais estão se tornando cada vez menores e chegando a um ponto em que os efeitos quânticos se tornam relevantes. Precisaremos lidar com mecânica quântica já na próxima geração de computadores convencionais. Isso talvez seja um problema, mas também é algo de que poderemos tirar vantagem. Se formos espertos o suficiente para fazer computadores quânticos, poderemos lidar com esses efeitos como se fossem um recurso.

Qual é a vantagem dos computadores quânticos?

O que os diferencia dos convencionais é que a mecânica quântica é bastante estranha. Os elétrons não precisam estar apenas em um lugar por vez. Eles podem estar aqui e ali ao mesmo tempo. Isso não acontece na mecânica clássica: se você segurar uma bola de basquete, ela precisará estar na mão direita ou na esquerda. Já um elétron pode estar nas duas mãos simultaneamente. Se o utilizarmos para registrar um bit – por exemplo, se ele estiver na mão esquerda significa 1, na esquerda, zero – ele pode marcar, de uma forma engraçada, zero e 1 ao mesmo tempo. Dessa forma, os computadores quânticos podem fazer duas ou até milhões de coisas simultaneamente e resolver problemas de uma maneira que nenhum computador convencional é capaz. Existe um programa para essas máquinas que busca um item perdido em um banco de dados muito mais rapidamente do que um computador normal. É mais ou menos assim: eu tenho oito bolsos e não sei em qual coloquei minha carteira. Se procurar do modo normal, precisarei olhar em cada um dos oito. Os computadores quânticos olham todos os bolsos de uma vez e acham a carteira em apenas três passos.

O que falta para esses computadores virarem realidade?

Ainda é difícil controlar sistemas ao nível de átomos individuais. Eles são pequenos e nós somos grandes. Átomos são sensíveis e é preciso conversar com eles em sua própria linguagem para que eles façam computações para você. Sabemos muito sobre isso porque nos últimos 50 anos desenvolvemos várias tecnologias para facilitar a comunicação com eles. Os lasers, por exemplo, nos permitem manipular átomos em nível quântico. Nos últimos três ou quatro anos, parece que nossa habilidade de conversar com os átomos cruzou uma fronteira que nos permite fazer coisas que não podíamos antes. Temos agora uma explosão de diferentes propostas para fazer esse tipo de processamento. Os computadores quânticos, na forma de protótipos, já são realidade. Por outro lado, ainda temos um longo caminho até construí-los em larga escala e de modo a realizarem várias funções.

Qual é o protótipo que tem mais chance de dar certo?

Não sabemos. É cedo para dizer. Pode ser que tenhamos vários tipos de computadores quânticos, cada um capaz de resolver problemas diferentes. Nós já fazemos vários tipos de computação com objetivos específicos que nenhuma máquina convencional consegue fazer. Um deles utiliza cristais de fluoreto de cálcio, que é uma substância usada em pastas de dente. Cada fluoreto é um bit e, massageando as interações naturais entre eles, nós os fazemos computar. Esse tipo de máquina pode simular sistemas físicos, incluindo alguns não encontrados na natureza. Outros sistemas diferentes podem fatorar grandes números e quebrar códigos melhor que os computadores convencionais. Ainda não sabemos qual dessas será a tecnologia final.

Essa pesquisa pode ajudar a entender melhor os fenômenos do Universo?

Com certeza. Eu não estou tão preocupado em construir computadores ou fatorar grandes números. O que me interessa é saber como o Universo funciona, e uma maneira de pensá-lo é como se fosse uma gigantesca máquina de processamento de informação. Assim como podemos usar elétrons para registrar bits, podemos pensar cada partícula do Universo como se registrasse informação na forma peculiar da mecânica quântica. Se entendermos como esses dados são processados, compreenderemos como o Universo inteiro funciona.

É possível demonstrar que o Universo é um computador?

Temos muitas evidências de que o Universo pode computar, mas estamos longe da confirmação. Nossos protótipos de computadores quânticos dão demonstrações diretas da capacidade de processamento das pequenas partes do Universo, mas ainda é preciso construir uma teoria computacional da física de partículas e comparar as previsões aos experimentos. Ver o Universo processando informações não requer que você abandone o modelo tradicional, em que o Universo é feito de partículas elementares como fótons, quarks e neutrinos. Na verdade, esse é exatamente o tipo de física que usamos para construir os computadores quânticos. É uma maneira complementar de ver a dinâmica do Universo.

Que tipo de programa tudo o que conhecemos utiliza?

Se fizermos a analogia entre computadores e Universo, o hardware são as leis da física e tudo ao nosso redor. O software são as informações, os estados de cada partícula, como o elétron. Ele pode, por exemplo, estar na direita ou na esquerda. Cada uma dessas posições pode ser uma instrução – se ele estiver na direita significa “faça isso”, na esquerda, ”faça aquilo“ – assim como em qualquer programa. Mas o elétron pode estar em dois lugares ao mesmo tempo, então o software do Universo pode executar duas instruções simultaneamente. O Universo é programado por esses pequenos acidentes ao longo da história. Elas ocorrem muito em nossa vida. Sua combinação particular de DNA, por exemplo, tem como base esses acidentes quânticos: eles permitiram que seus pais se conhecessem e agiram quando seu genoma era montado.

Como esperar que as pessoas consigam lidar com computadores quânticos e conceitos que até os físicos têm dificuldade de entender?

As pessoas certamente estão se tornando melhores em lidar com mecânica quântica. Ela é estranha e vai contra a nossa intuição, mas muitos vivem situações estranhas e contra-intuitivas em sua vida e estão felizes com ela.

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