Internet quântica: a nova revolução da informática

Que o universo dos computadores e da internet não para de crescer e desenvolver novas ferramentas, disso ninguém duvida. Mas você já ouviu falar em computação quântica? Já entrou em contato com o termo internet quântica?

Quando o assunto é a computação, não é exagero dizer que, diariamente, novos componentes, novos hardwares – melhores e mais potentes que seus antecessores – são desenvolvidos, que algoritmos e programas cada vez mais complexos são projetados e que novas formas de aplicação destas ferramentas se disseminam e modelam de forma ininterrupta a arquitetura da rede.

No entanto, para além da constante evolução da computação “tradicional”, uma outra forma de se conceber a informática vem ganhando corpo e robustez de forma cada vez mais rápida: a computação quântica.

Para tentarmos entender o que é a computação quântica e, por conseguinte, a internet quântica, antes de mais nada precisamos compreender alguns princípios básicos da computação tradicional.

O bit

Nossos computadores, essencialmente, utilizam como notação básica o bit, que é a menor unidade de informação que pode ser distribuída ou armazenada. A palavra bit é uma abreviação decomposta das palavras Binário e Dígito, ou seja, um bit é um dígito binário.

Isso significa que um bit pode assumir apenas uma configuração dual: ele pode ser 0 ou 1, sim ou não, ligado ou desligado, etc. O bit é uma coisa ou outra, é um estado ou outro.

A partir de sequências compostas por vários bits, enfileirados lado a lado, é que toda a lógica da programação computacional se desenvolve, que todas as linguagens das máquinas vão sendo criadas.

É também através dos bits que se realiza todo o armazenamento e processamento da informação, por meio de processadores e hardwares de memória.

Trouxemos essa breve explanação para, então, introduzirmos a notação básica da computação quântica, que é o bit quântico, popularmente conhecido como qubit.

O Qubit

Para entendermos a noção de qubit, uma interessante analogia é pensarmos em uma moeda. Ao a observarmos, notamos que ela possui duas faces, uma que é cara e a outra que é a coroa, assim como um bit, que pode também assumir duas posições: no caso, ao invés de cara ou coroa, as posições 0 ou 1.

Agora, para deixar as coisas um pouco mais interessantes, vamos lançar esta moeda para o alto, fazendo-a girar em altíssima velocidade. Em seguida, vamos olhar para ela em seu pleno movimento e tentar responder: cara ou coroa?

A pergunta, certamente, para um olho humano comum, não possui resposta. Ela é cara e coroa ao mesmo tempo. O resultado somente será sabido quando a moeda cair, quando alguém a segurar nas mãos e puder observar a sua face.

Essa moeda lançada ao ar, em franco rodopio, representa, portanto, um qubit: ele também é um bit comum, 0 ou 1, cara ou coroa, mas ao mesmo tempo ele também é 0 e 1, cara e coroa, simultaneamente!  Um qubit é, portanto, um universo de possibilidades, uma sequência de operações probabilísticas, uma superposição de zeros e uns.

Talvez o leitor esteja pensando: “Tá, mas o que isso significa na prática, como isso pode alterar a dinâmica da computação?”

A velocidade quântica

Para deixar o exemplo mais concreto, pensemos em uma senha computacional composta por 4 bits. Pensemos que eu queira “quebrar” essa senha. A sequência que almejamos saber é uma dentre todas as combinações possíveis entre os 4 bits, ou seja, ela pode ser 0000, 0001, 0010, 0100, 0110, 1000 etc.

Para “quebrar” essa senha por meio de uma operação computacional convencional, precisamos testar todas as possibilidades, uma a uma, até encontrar a reposta correta.

Pensemos agora, então, em decifrar essa senha através de um computador quântico, que se utiliza de 4 qubits. Como cada qubit é ao mesmo tempo zero e um – uma superposição dentre as duas possibilidades-, ao alinhar os 4 qubits eu obtenho a senha automaticamente: a senha está contida neles, já que eles são todas as possibilidades de combinação ao mesmo tempo!

Eu não preciso realizar essa operação de forma sequencial, etapa por etapa, testando cada uma das combinações individualmente, já que cada um dos qubits é uma possibilidade de ser 0 e 1 ao mesmo tempo. Isso parece muito surreal, muito estranho, e de fato é!

Para entender melhor este fenômeno, vale a pena conhecer este vídeo, que explica graficamente o conceito de qubit e que possui em legendas em português (cc, closed caption).

https://www.youtube.com/watch?v=IrbJYsep45E

E é justamente esse o grande “barato”, o grande novo leque de possibilidades que se abre com a computação quântica: a de processar dados de uma forma muito mais rápida do que jamais conseguiríamos por meio da computação tradicional.

A internet quântica

A propriedade quântica dos elementos não é originada da informática, ela é própria dos sistemas físicos, um princípio que se encontra na natureza, observável por meio da mecânica quântica.

Diferentemente da mecânica clássica, a mecânica quântica prevê que a trajetória das partículas não pode ser medida de forma linear, mas sim que ela é um conjunto de probabilidades, de superposições, que somente pode ser medida quando do momento da observação. Ou seja, o próprio ato de observar um acontecimento físico é que o dá “substância”, “concretude”.

Dissemos isso, pois, como as propriedades quânticas são próprias dos fenômenos físicos, os computadores quânticos são compostos de elementos diferentes dos das máquinas convencionais, usando materiais, como por exemplo, os íons aprisionados, sistemas fotônicos, cavidades óticas e outros.

Essas máquinas são, portanto, supercomplexas. Os computadores quânticos ainda estão em seus primórdios, engatinhando, restritos a centros de pesquisas públicos e desenvolvedores privados.

Devido à sua alta complexidade, para que se tire o máximo proveito possível da computação quântica, o próximo passo a ser dado deve ser na construção de uma rede de computadores quânticos, permitindo uma maior capacidade de processamento de dados, formando então a internet quântica.

Entrelaçamento 

Outra propriedade estarrecedora a ser explorada pela computação é o entrelaçamento quântico, também conhecido como emaranhamento quântico, que basicamente nos diz que quando uma partícula subatômica, como um fóton, é dividida em duas partes, qualquer “manipulação” em uma das partes dividida resulta numa alteração igual e inversamente proporcional da outra parte.

Trazendo para um exemplo mais “concreto” e grosseiro, é como se houvesse uma bolota de massa de pão (X) e eu a dividisse em duas partes, fazendo duas novas bolas de massa (que chamaremos de A e B). O entrelaçamento quântico faria com que essas duas novas bolas de massa (A e B) fossem como gêmeas siamesas, que se complementam e se anulam ao mesmo tempo.

Quando se gira A no sentido horário, B automaticamente é girada no sentido anti-horário. Essa força oculta, que independe de tempo e espaço, foi chamada por Einstein de “ação fantasmagórica à distância”. Esse fenômeno seria uma espécie de teletransporte energético, já que ocorre instantaneamente, superando o próprio conceito da velocidade da luz.

Por meio do entrelaçamento quântico, os cientistas estão desenvolvendo uma série de tecnologias de criptografia quântica, que permitem que uma comunicação seja toda “blindada”, criptografada de tal forma que se torna quase impossível intercepta-la, que são as chamadas chaves quânticas.

Novas chaves criptográficas

Isso é possível já que, ao tentar interceptar essa comunicação criptografada por meio do entrelaçamento quântico, um agente externo às partes que estão se comunicando interferiria na estabilidade, na ligação entre elas, embaralhando totalmente o código.

Voltando ao exemplo das bolas de massa de pão, é como se a comunicação só fosse possível entre A e B e, caso alguém tentasse inferir nela, ou mesmo a observar, isso já embaralharia toda a informação, desfazendo o enlace quântico e, consequentemente, a informação.

Essa tecnologia já está sendo testada, e ganhou notável atenção da mídia mundial em setembro de 2017, quando equipes chinesas se comunicaram por vídeo com uma equipe austríaca, a uma distância de 7,7 mil quilômetros.

Os chineses já haviam conseguido, no ano anterior, teletransportar fótons entrelaçados entre cidades chinesas localizadas a mais de mil quilômetros de distância uma das outras. Para tanto, utilizaram o satélite quântico Micius, que conseguiu emitir feixes simultâneos de luz para duas cidades ao mesmo tempo, permitindo a comunicação quântica entre elas.

Novas possibilidades

Com uma tecnologia totalmente revolucionária, que se utiliza de princípios físicos ainda pouco conhecidos, as novas possibilidades da computação quântica são inimagináveis.

Além dos testes de criptografia, num exercício de imaginação, podemos pensar como seria, por exemplo, uma rede quântica controlando carros autoguiados pelas ruas. Com uma capacidade de processamento de dados infinitamente maior do que a que dispomos hoje, esta rede de computadores quânticos poderia, por exemplo, pensar na melhor rota para cada um dos veículos, poderia controlar automaticamente semáforos, evitar congestionamentos e colisões etc.

Outra possibilidade estarrecedora seria a sua utilização no desenvolvimento da Inteligência Artificial: como a capacidade de testar configurações e possibilidades algorítmicas é muito maior através da computação quântica, ao criar máquinas que capazes de programar a si próprias, em tese, elas conseguiriam chegar a uma configuração ideal, à excelência em formas de arranjo, de maneira a ultrapassar inclusive as já pensadas por mentes humanas.

Empolgante para alguns, assustadora para outros, o fato é que a computação quântica nos impõe novos paradigmas enquanto sociedade e enquanto espécie, ampliando limites e possibilidades para muito além do que muitos consideravam até pouco como ficção.