Microsoft cria novo tipo de qubit e avança na computação quântica

Com o chamado "qubit topológico", Microsoft espera resolver um dos maiores desafios da computação quântica: a instabilidade

Emerson Alecrim
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Referência em tecnologia que é, a Microsoft não ficaria de fora da corrida pela computação quântica. Prova disso é que, nesta semana, a divisão Azure Quantum da companhia anunciou avanços em uma área relacionada: a de qubits topológicos. O que isso significa? Basicamente, que a Microsoft deu um passo gigante para criar um computador quântico estável.

Um dos dispositivos para criação de um qubit topológico (imagem: divulgação/Microsoft)
Um dos dispositivos para criação de um qubit topológico (imagem: divulgação/Microsoft)

Não é só a Microsoft que persegue o ideal da computação quântica. Companhias como Google, IBM e até a Amazon também estão nessa busca, por um bom motivo: em tese, computadores quânticos poderão resolver em tempo hábil problemas que, na computação tradicional, podem levar meses ou até anos para serem solucionados.

É como se a computação baseada na lógica binária — os bits — estivesse chegando ao seu limite. Desenvolver computadores cada vez mais poderosos tem sido a resposta da indústria e de instituições de pesquisa para a resolução de problemas complexos, mas chegará o momento em que essa abordagem se tornará inviável — já é, de certa forma.

Essa é a principal razão para a computação quântica ser alvo de estudos nos laboratórios de gigantes da tecnologia. Cada uma dessas companhias trabalha com uma linha de pesquisa diferente, mas todas têm uma característica em comum: o bit quântico ou, simplesmente, qubit.

Enquanto um bit “normal” assume um estado representado por 0 ou 1, um qubit pode assumir 0, 1 ou uma superposição de ambos os valores. Essa abordagem abre um leque gigantesco de possibilidades. A própria Microsoft faz uma comparação que dá uma noção mais clara desse cenário:

A quantidade de informações que um sistema qubit pode representar aumenta exponencialmente. As informações que 500 qubits podem representar facilmente não seriam possíveis nem mesmo com mais de 2^500 [2 elevado a 500] bits clássicos.

Dispostivo de resfriamento da Azure Quantum (imagem: divulgação/Microsoft)
Dispostivo de resfriamento da Azure Quantum (imagem: divulgação/Microsoft)

O tal do “qubit topológico”

Na comparação com pesquisas conduzidas por companhias como IBM e Google, parece que a Microsoft está atrasada quando o assunto é computação quântica.

Não é que a companhia começou tarde — as suas pesquisas já duram cerca de duas décadas; é que a sua linha de pesquisa é extremamente complexa por ter como base um conceito relativamente novo e, como tal, com propriedades ainda não totalmente conhecidas: o qubit topológico que, por sua vez, se baseia nas quase-partículas (fenômenos microscópicos cujo comportamento lembra o de uma partícula).

Você já ouviu falar em férmion de Majorana? Trata-se de um conceito introduzido pelo físico italiano Ettore Majorana (daí o nome) que descreve uma quase-partícula — ou quasipartícula — que é a sua própria antipartícula, ou seja, que se aniquila quando encontra outra com a mesma massa, mas propriedades elétricas opostas.

Qual a relação do férmion de Majorana com a computação quântica? Bom, os qubits são extremamente suscetíveis a ruídos ou perturbações de ordem eletromagnética. Como consequência, um dos vários desafios dos estudiosos da área é descobrir formas de manter os qubits estáveis.

Chetan Nayak, um dos especialistas da Microsoft, explicou ao Ars Technica que as pesquisas da Azure Quantum tentam superar esse problema por meio de um fio supercondutor em forma de ‘U’ que, quando exposto a um campo magnético específico — a fase topológica —, permite que as suas extremidades contenham um életron.

Esse estado é chamado de modo zero de Majorana. De acordo com a Microsoft, informações quânticas podem ser codificadas em um par de modos zero de Majorana fisicamente separados:

Isso torna um qubit topológico mais imune ao ruído ambiental. (…) A única maneira de desbloquear as informações quânticas é observar o estado combinado dos dois modos zero de Majorana ao mesmo tempo. Fazer essas medições de maneira estratégica permite operações quânticas e cria proteção inerente para o qubit.

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O computador quântico ainda é um sonho

Os modos zero de Majorana precisam ser conectados a um ponto quântico próximo para serem utilizados como qubits. A Microsoft não chegou a realizar esse procedimento, mas as suas pesquisas mais recentes conseguiram fazer a fase topológica funcionar.

A própria companhia reconhece que ainda há muito trabalho a ser feito, mas nem por isso deixa de celebrar o avanço mais recente, como comenta Lauri Sainiemi, gerente-geral da Azure Quantum:

Não há mais nenhum obstáculo fundamental para produzir um qubit topológico. Isso definitivamente não significa que terminamos – ainda temos muito trabalho a fazer. Mas a parte fundamental foi demonstrada, e agora estamos em um caminho mais de engenharia e é isso que continuaremos buscando.

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