Por Allison Linn //
A Microsoft está ampliando seu compromisso no campo da computação quântica, fazendo uma grande aposta que será possível criar um computador quântico escalável utilizando o chamado qubit topológico.
O veterano executivo da Microsoft Todd Holmdahl – que tem um histórico de transformar em produtos projetos que pareciam magia – irá liderar o esforço científico e de engenharia para criar hardware e software quânticos escaláveis.
“Achamos que estamos em um ponto de inflexão no qual estamos prontos para ir da pesquisa à engenharia”, afirma Holmdahl, que é vice-presidente corporativo do programa quântico da Microsoft.
Holmdahl, que anteriormente teve papel importante no desenvolvimento de Xbox, Kinect e HoloLens, ressaltou que o sucesso nunca é garantido. Mas acredita que os investimentos da empresa em pesquisas quânticas deram frutos suficientes para que haja um caminho claro rumo à computação quântica escalável.
“Nada disso é uma certeza”, afirma Holmdahl. “Mas você tem de assumir certa quantidade de risco para causar um grande impacto no mundo, e acho que estamos num ponto em que temos a oportunidade de fazer isso.”
A Microsoft contratou dois líderes no campo de computação quântica, Leo Kouwenhoven e Charles Marcus. A empresa também trouxe outros dois profissionais importantes na área, Matthias Troyer e David Reilly.
Marcus é o Professor Villum Kann Rasmussen no Instituto Niels Bohr da Universidade de Copenhague e diretor do Centro para Dispositivos Quânticos, patrocinado pela Fundação Nacional de Pesquisa Dinamarquesa.
Kouwenhoven é um renomado professor na Universidade de Tecnologia de Delft, na Holanda, e foi diretor-fundador do QuTech, o Centro de Pesquisa Avançada em Tecnologias Quânticas.
Marcus e Kouwenhoven colaboram há anos com a equipe quântica da Microsoft, que vem financiando uma parte cada vez maior da pesquisa sobre qubit topológico em seus laboratórios. Mesmo após unirem-se à Microsoft, eles manterão seus títulos acadêmicos e afiliações às suas universidades, continuarão a conduzir seus grupos universitários de pesquisa e contribuirão na construção de laboratórios quânticos Microsoft dedicados em suas respectivas universidades.
Os pesquisadores afirmam que se juntar à Microsoft é o melhor caminho para garantir que suas descobertas possam ajudar a criar um computador quântico escalável.
“É muito empolgante”, afirma Kouwenhoven. “Comecei a trabalhar nisso quando era estudante, e não tinha ideia de que isso poderia ser usado para qualquer coisa prática, na época.”
A colaboração de Kouwenhoven com a Microsoft começou de forma casual após uma visita ao laboratório da empresa em Santa Barbara e uma “bela caminhada na praia” com Michael Freedman, diretor do laboratório e especialista em matemática topológica.
Após anos de colaboração científica, Kouwenhoven afirma, eles chegaram a um ponto no qual podem se beneficiar da perspectiva de um engenheiro de como trazer o trabalho à realidade.
“A engenharia também ajudará a avançar a ciência”, afirma Kouwenhoven.
Isso é importante porque a Microsoft não está interessada somente em criar um qubit que funcione no ambiente perfeito do laboratório – o que Marcus chama de “uma demonstração de informação quântica”.
Em vez disso, a empresa espera criar ferramentas confiáveis que cientistas sem experiência quântica possam usar para resolver alguns dos problemas mais difíceis do mundo. Ao fazer isso, eles acreditam que irão ajudar a inaugurar uma “economia quântica” que pode revolucionar setores como a medicina e a ciência de materiais.
Marcus – cuja colaboração com a Microsoft começou quase que por acaso, ao sentar-se próximo a Freedman em um jantar há alguns anos – disse que ele percebeu que uma economia quântica nunca aconteceria a menos que cientistas e engenheiros começassem a trabalhar mais próximos.
“Eu sabia que para haver um salto e chegar ao ponto no qual poderíamos criar máquinas que nunca existiram antes seria necessário mudar a forma de fazer negócios”, afirma Marcus. “Precisamos de cientistas, engenheiros de todos os tipos, técnicos, programadores, todos trabalhando na mesma equipe.”
Esse esforço inclui trazer nossos mais antigos colaboradores para o trabalho.
Troyer é atualmente um professor de física computacional na ETH Zurique, na Suíça, uma das principais universidades do mundo. Entre suas áreas de especialização estão simulações de materiais quânticos, teste de dispositivos quântico, otimização de algoritmos quânticos e desenvolvimento de software para computadores quânticos.
Reilly, um experiente físico, é professor e diretor do Centro de Máquinas Quânticas na Universidade de Sidney, na Austrália. Ele lidera um time de físicos e engenheiros trabalhando nos desafios de escalar sistemas quânticos.
Construindo as bases de um computador quântico
A abordagem da Microsoft para construir um computador quântico baseia-se num tipo de qubit – ou unidade de informação quântica – chamado de qubit topológico.
Qubits são a base para um computador quântico. Usando qubits, pesquisadores acreditam que computadores quânticos podem processar muito rapidamente múltiplas soluções para um problema ao mesmo tempo, em vez de sequencialmente.
Um dos maiores desafios de construir um computador quântico é quão exigentes os qubits podem ser. Um sistema quântico pode continuar nesse estado apenas enquanto não está sendo perturbado. Por isso, computadores quânticos são construídos para ficar em ambientes incrivelmente gelados e exclusivos.
A equipe da Microsoft acredita que os qubit topológicos poderão lidar melhor com desafios como ruído térmico ou elétrico, permitindo que eles permaneçam num estado quântico por mais tempo. Isso, por sua vez, os faz muito mais práticos e efetivos.
“Um design topológico é menos impactado por mudanças em seu ambiente”, afirma Holmdahl.
Ao mesmo tempo em que a Microsoft trabalha em um computador quântico, cria o software que rodará nele. O objetivo é ter um sistema que possa começar a resolver de forma eficiente problemas complexos desde o início.
“Similar à computação de alta performance clássica, nós não precisamos apenas do hardware mas do software otimizado”, afirma Troyer.
Para a equipe, isso faz sentido: os dois sistemas podem trabalhar juntos para resolver certos problemas, e a pesquisa de cada um pode ajudar o outro.
“Um computador quântico é muito mais que os qubits”, afirma Reilly. “Isso inclui todos os sistemas de hardware, interfaces e conexões clássicos para o mundo exterior.”
Uma nuvem ainda mais inteligente e a habilidade de resolver problemas aparentemente intratáveis
Com software e hardware quânticos efetivos, os especialistas dizem que podem criar poder computacional vasto, que pode ser direcionado para alguns dos problemas mais urgentes do mundo, da mudança climática e a fome até uma infinidade de desafios médicos.
Isso acontece parcialmente porque os computadores podem emular sistemas físicos, acelerando coisas como o desenvolvimento de medicamentos ou nosso entendimento da vida vegetal. Pesquisadores afirmam que a nuvem inteligente pode ser exponencialmente mais poderosa, similar à evolução dos telefones celulares para smartphones.
“Há uma oportunidade real de aplicar esses computadores em coisas que chamamos de ciências materiais de sistemas físicos“, afirma Holmdahl. “Muitos desses problemas são intratáveis num computador clássico. Porém, num computador quântico, acreditamos que eles serão tratáveis num período razoável de tempo.”
Kouwenhoven afirma que isso se aplica ao campo da física quântica em si, como em pesquisas sobre a matéria escura e outras questões fundamentais a respeito de nosso entendimento do próprio universo.
“Eu acharia interessante voltar a meus antecedentes científicos e usar um computador quântico para resolver problemas quânticos”, ele afirma.
O transistor e o aspirador de cinzas
Então, há um vasto desconhecido. Cientistas da computação normalmente irão lembrar que, quando o primeiro transistor foi inventado, eles não tinham como imaginar uma aplicação como o smartphone.
“Minha aposta é que, nos anos 40 e 50, quando eles pensavam no primeiro transistor, não sabiam necessariamente como aquela coisa seria usada. E acho que somos um pouco assim”, afirma Holmdahl.
Um desses inventores foi Walter Brattain. Ele cresceu na pequena cidade de Tonasket, Washington, assim como Holmdahl. Por ser um fã da história da tecnologia, Holmdahl é fascinado pela vida de Brattain.
Com a computação quântica, Holmdahl diz ver uma oportunidade de estar entre as pessoas que seguem os passos de Brattain.
“A oportunidade de estar no início do novo transistor não está perdida para mim”, afirma.
Quando ele assumiu esse papel, Holmdahl também estava pensando sobre outra pessoa que foi uma grande influência em sua vida: seu filho de 20 anos, que disse a Holmdahl que se você é um dos caras mais inteligentes da mesa, precisa encontrar uma nova mesa.
“Essa certamente é uma nova mesa”, afirma Holmdahl, um engenheiro que estudou em Stanford e que agora investe seu tempo livre em coisas como física quântica e enredamento.
Quando Marcus pensa sobre o que um computador quântico pode fazer, ele normalmente pensa em um carro velho que sua família teve. Era um carro topo de linha em sua época, com as mais recentes tecnologias – incluindo um dispositivo com o objetivo de aspirar as cinzas direto do cigarro.
Na época, Marcus normalmente pensa, alguém poderia ter acreditado que isso era o melhor que poderia ser feito em tecnologia automotiva.
“Ninguém, ao criar aspiradores de cinzas, estava pensando em carros autodirigíveis”, diz.
A mesma coisa facilmente se aplica ao poder computacional.
“Pessoas que pensam na computação como se estivesse completa estão na fase do aspirador de cinzas”, afirma Marcus.
Na foto do alto da página, Todd Holmdahl, executivo da Microsoft que vai liderar o esforço científico e de engenharia para criar hardware e software quânticos escaláveis. (Foto: Scott Eklund/Red Box Pictures)
