Computadores quânticos podem ficar mais frios que o espaço profundo – veja como eles continuam funcionando
Por que eles precisam estar tão frios, afinal?
Um dos lugares mais frios do universo não fica em algum planeta distante ou em um ponto vazio entre as galáxias. Está aqui na Terra, dentro de um laboratório. O espaço profundo fica a cerca de 2,7 Kelvin (454,8 graus abaixo de zero em Fahrenheit), no brilho remanescente do Big Bang, de acordo com Space.com. O mais recente sistema criogênico modular da IBM é resfriado abaixo de 15 milikelvin, que a empresa descreve como mais de 180 vezes mais frio que o espaço profundo. Isso é um fio de cabelo acima do zero absoluto.
Então, como a IBM deixa uma máquina mais fria que o espaço profundo e, talvez mais importante, por que se preocupar? Como isso beneficiará a nós, humanos de sangue quente? A resposta começa com o que está sendo mantido frio: o qubit.
O que é um qubit e como ele difere de um bit?
Computadores normais calculam usando bits: pequenos interruptores que são 1 ou 0, ligados ou desligados. Um qubit está mais próximo de um dial do que de um switch. Ele pode manter muitas posições diferentes entre ligado e desligado. Você pode imaginar a diferença entre os dois como a diferença entre um interruptor de luz e um dimmer. Além disso, cada qubit também possui uma “direção” que transporta informações. Portanto, embora um bit esteja ativado ou desativado, um qubit pode conter vários valores em duas direções diferentes.
Os bits também funcionam sozinhos: cada um liga ou desliga separadamente. Os Qubits podem ser interligados, de modo que o que você aprende sobre um lhe diga sobre os outros. Imagine um console de mostradores conectados, onde girar um desloca o resto junto com ele.
Um computador quântico executa algoritmos construídos para que as respostas erradas sejam canceladas e a resposta certa fique parada, como as ondas de um lago que se cancelam em alguns pontos e se acumulam em outros. O problema é que os mostradores são extremamente delicados. Qualquer perturbação externa se espalha por todos eles e aumenta as chances de uma resposta errada. É aí que entra o frio.
Como o calor destrói um qubit?
Para entender por que um computador quântico precisa das condições mais frias possíveis, comece com uma pergunta simples: o que é calor? A resposta é direta. Calor é energia na forma de movimento. Quando você fica ao sol, as moléculas do seu corpo absorvem parte de sua energia e, como resultado, começam a vibrar mais rápido. O calor que você sente são apenas aquelas pequenas vibrações aumentando.
Qubits são tão delicados que mesmo uma pequena quantidade de energia pode tirar um de seu estado, o que perturba a maneira como os qubits interagem entre si. Essa perda é chamada de decoerência e aumenta as chances de uma resposta errada. Quanto mais energia um computador quântico é exposto, menos precisos se tornam seus cálculos. É por isso que a IBM e outras empresas de computação quântica estão tentando chegar o mais próximo possível do zero absoluto, para que haja o mínimo de calor possível para embaralhar os qubits.
Como funcionam os refrigeradores de diluição?
Se você já viu um computador quântico, provavelmente notou que ele se parece com um lustre de ficção científica, pendurado e ficando mais estreito na parte inferior. Esse é o refrigerador de diluição, que é uma pilha de placas de metal, cada uma mais fria que a que está acima dela. A parte superior fica em temperatura ambiente. A parte inferior é o ponto mais frio da máquina e o processador fica bem ali. Mas há um problema. Os fios que controlam os qubits vêm da temperatura ambiente, e os fios conduzem o calor, de modo que cada um deles transporta o calor para exatamente aquilo que a geladeira está tentando proteger. Isso cria um paradoxo: quanto mais qubits uma máquina tiver, mais fios ela precisa e mais quente ela fica.
Todo computador quântico precisa de uma geladeira gigante?
Não. Porém, nem todo computador quântico é construído em torno de uma geladeira gigante. Máquinas de átomos neutros, como as que o QuEra constrói, prendem átomos individuais em uma pequena câmara de vácuo e usam lasers para resfriá-los a temperaturas de microkelvin, mais frias do que qualquer geladeira pode atingir. As paredes da câmara e o equipamento ao seu redor permanecem à temperatura ambiente. O problema de fiação desaparece principalmente porque não há pilha fria para os fios aquecerem. As máquinas fotônicas, que usam partículas de luz como qubits, são semelhantes: muitas de suas peças funcionam em temperatura ambiente, mas os detectores de fóton único normalmente ainda precisam de resfriamento. Cada abordagem troca o problema de resfriamento por outro diferente, como capturar milhares de átomos ou detectar fótons únicos de maneira confiável.
O que a computação quântica significa para senhas e bitcoin?
Então, o que acontece quando resolvemos o problema de resfriamento e temos um computador quântico funcional e confiável? Como a maioria dos saltos tecnológicos, traz benefícios reais e perigos reais. Os computadores quânticos não são mais rápidos em tudo, mas para certos problemas, como a simulação de moléculas para um novo medicamento, podem ser dramaticamente mais rápidos. Eles também poderiam quebrar a criptografia de chave pública que protege seus logins e bitcoin. Uma estimativa do Google Quantum AI de 2025 colocou o custo de quebrar uma chave RSA-2048 padrão em menos de 1 milhão de qubits barulhentos, abaixo dos 20 milhões em 2019. Um artigo do Google de 2026 estimou o esquema de assinatura do Bitcoin em menos de 500.000. As máquinas de hoje têm de centenas a milhares, então isso não acontecerá amanhã. E a solução já existe: o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) finalizou seus primeiros padrões de criptografia pós-quântica em agosto de 2024 e os considerou prontos para uso imediato.
Por enquanto, a parte difícil não é o que os computadores quânticos farão quando funcionarem. É mantê-los frios o suficiente para funcionarem.
