A Supremacia Quântica

Se você chegou até aqui esperando algum texto com teor messiânico, místico ou com temática “coach”, veio ao lugar errado. Qualquer uso do termo “quântico” que não se aplique fora das regras da mecânica quântica é charlatanismo e deve ser execrado. Em outras palavras, se a pessoa diz que trabalha com algo quântico, ela deveria, no mínimo, entender a bela Equação de Schrodinger que está ilustrada abaixo e explicar seus conceitos de auto-ajuda de forma matemática com base nos princípios estabelecidos por essa área da física.

Equação de Schrodinger

Se este texto não tem por objetivo dizer que com o pensamento correto você pode mudar sua vida, qual é então seu assunto? O que vamos abordar aqui é algo bem mais concreto e factível. Uma coisa que, quando se tornar comum nas universidades e empresas, vai revolucionar o mundo de formas que ainda não somos capazes de entender: a computação quântica. No ramo da Inteligência Artificial, esse assunto tem ainda maior importância.

Para compreender o que é um computador quântico, vamos antes entender o básico de como um computador convencional realiza suas operações. Tanto o seu notebook, o seu celular quanto o controle remoto do seu carro e os super computadores funcionam baseados na física clássica em um sistema de numeração binário. Em outras palavras, existem dois estados possíveis para uma unidade de informação: ligado ou desligado. Esses estados são matematicamente representados como 0 e 1. A estas unidades de informação damos o nome de bits.

Um computador quântico, por sua vez, não se limita à física de Newton e Einstein. Os qbits (Quantum Bits) não estão no estado 0 ou 1 apenas. Eles também podem estar em ambos os estados simultaneamente no que chamamos de superposição. Sem entrar em muitos detalhes, isso faz com que um computador quântico consiga executar diversas operações simultâneas, ao invés de operações sequenciais como temos hoje em dia.

Isso pode não parecer muita coisa, mas um computador quântico consegue realizar tarefas que as máquinas mais rápidas atuais levariam anos para fazer. Se considerarmos que estamos na Era da Informação, isso passa a ser uma enorme vantagem. Para se ter uma ideia, as criptografias mais seguras hoje em dia seriam quebradas em questões de poucas horas ou mesmo minutos com esses novos computadores.

Há 50 anos, a missão Apolo 11 levou o primeiro ser humano à lua. Ajudando os três astronautas em sua missão havia um computador com uma memória de 200 kb. Isso é menos que a metade de apenas uma das imagens usadas para ilustrar este texto. Na verdade, estima-se que toda a capacidade computacional do mundo inteiro naquela data seja muito menor do que o Smartphone que você tem nas suas mãos. Em apenas 50 anos, dobramos de capacidade em média a cada 18 meses segundo a Lei de Moore. No enquanto, quando alcançarmos a computação quântica, este salto será ainda maior.

Computador UNIVAC, na sede da Nasa em Houston. 1969.

No entanto, especialistas falam não apenas em um salto de capacidade, mas de uma série de problemas que hoje não podem ser resolvidos de maneira eficiente através de um computador tradicional devido ao próprio paradigma binário que estas máquinas estão limitadas. O mundo microscópico das partículas e subpartículas atômicas obedece a uma espécie de física totalmente diferente a qual damos o nome de quântica. Quanto mais reduzimos o tamanho dos circuitos de modo a aumentar a capacidade de processamento e memória, mais próximos estamos deste mundo estranho e mais distantes nos encontramos da realidade binária. Mudar o paradigma computacional newtoniano é encarar os problemas de uma forma jamais vista.

Esta capacidade de resolver terefas hoje insolúveis de maneira eficiente é chamada de “supremacia quântica“. Vários estudos em diferentes direções tentam criar testes para que se chegue a esta supremacia. Alguns envolvem o desenvolvimento de novos algoritmos que trabalhem em uma lógica quântica, como uma nova versão da Transformadora de Fourier, geração de números aleatórios, resolução de números primos, etc.

No entanto, um dos campos que mais pode se beneficiar do uso deste novo tipo de computação é o da Inteligência Artificial. O desenvolvimento de novas técnicas nesta área sempre esteve ligada a duas questões: a invenção de novos algoritmos e a capacidade de processá-los. Foi assim, por exemplo, com as Redes Neurais Artificiais. Elas ficaram por muito tempo esquecidas, até que novos e potentes processadores permitiram inovadores tipos de redes, algumas com mais camadas ocultas e, assim, criamos categorias mais complexas, que hoje popularmente chamamos de Deep Learning.

Muitos acreditam que só através da computação quântica conseguiremos chegar à Inteligência Artificial Geral, que é aquele que conseguirá executar qualquer tarefa tão bem quanto o mais genial ser humano, ou mesmo à distante e temida Super Inteligência Artificial, que superará em muito tudo o que jamais fomos capazes de sonhar.

Pesquisas em busca deste novo tipo de computador evoluíram muito nos anos recentes. Grandes nomes da ciência e informática estão investindo muito nesta direção. Os exemplos mais notáveis são a Universidade Harvard, Microsoft, IonQ, Google e IBM. Estes dois últimos possuem as pesquisas mais promissoras, sendo que a IBM anunciou no ano passado a Q Hub, uma rede de computadores quânticos instalados em grandes empresas e universidades ao redor do mundo. Esta rede utilizará o computador quântico da IBM, o Quantum System One.

IBM Quantum System One

Já o Google anunciou que até o fim deste ano atingirá a Supremacia Quântica, mas muitos dividam que isso seja possível devido aos enormes desafios que essa tecnologia ainda envolve e pela empresa já ter feito esse anúncio em 2017 e em 2018, prorrogando o prazo em ambas ocasiões.

Como em quase tudo que envolve a fronteira do conhecimento, não existe apenas um caminho para se chegar a este objetivo. Cada uma dessas iniciativas usa uma técnica diferente e com isso encontram problemas únicos. Este, no entanto, é um campo que está empolgando cientistas de diversas áreas, da física à computação. Será uma revolução sem volta. Ao contrário dos motivadores de palco que vendem mentiras disfarçadas de empreendedorismo, esta transformação quântica vai de fato mudar a sua vida.

Author: Igor Alcantara

Cientista de Dados, professor e podcaster. Com mais de uma década de experiência trabalhando com dados, atualmente reside em Boston - MA com sua família e uma gata.