Como criar um computador quântico

O Professor Leo Kouwenhoven é um importante membro da equipa quântica da Microsoft e lidera uma equipa de investigadores e engenheiros no Microsoft Quantum Lab em Delft, nos Países Baixos. Perguntámos ao Professor Leo por que motivo é tão difícil criar um computador quântico.

Por que motivo é tão difícil criar um computador quântico? Não temos todas as respostas a esta pergunta. Mas sabemos que no mundo dos átomos e das moléculas as regras que regulam o seu comportamento são quânticas. No nosso mundo – o mundo das bolas e das maçãs que caem – as regras são clássicas. O que não sabemos, por enquanto, é a relação entre estes dois conjuntos de regras.

O que precisamos de fazer, para criar um computador quântico, é utilizar o nosso conhecimento clássico para criar e controlar um sistema quântico. E isto não é fácil. Estamos a utilizar sinais e objetos clássicos, e a tentar “dar vida” ao comportamento quântico nesses materiais.

Mas não é a mecânica quântica dos átomos e das moléculas. Aqui utilizaremos chips eletrónicos por nós concebidos e controlados para que o comportamento dominante dos eletrões nesses chips ser quântico.

Informática quântica no seu bolso

Poderíamos ser levados a pensar que um computador quântico é muito pequeno, por utilizarmos partículas mais pequenas para criar um circuito quântico, mas isto não é inteiramente verdade. O próprio circuito quântico é microscópico. Mas o dispositivo necessário para o arrefecer e controlar é enorme. Pelo menos em comparação com os computadores que temos hoje em dia nos bolsos.

Porque motivo precisamos de arrefecer o circuito com equipamentos tão grandes? Temos de arrefecê-lo quase até ao zero absoluto, zero Kelvin, para o comportamento dominante nesses chips ser quântico.

À temperatura ambiente, todo o comportamento é clássico, e não quântico, onde os objetos estão em sobreposição. Ou seja, estão em duas posições diferentes em simultâneo. A estas temperaturas tão reduzidas, graças a refrigeradores de vários metros de altura, conseguimos que o comportamento seja quântico.

E não é uma coisa que se queira ter no bolso!

A abordagem ao mundo quântico da Microsoft

A abordagem da Microsoft à informática quântica é diferente. É o que se chama “topológica”. Tradicionalmente, a criação de um circuito quântico é como criar um castelo de cartas. Está a tentar criar uma grande estrutura ao colocar as cartas umas em cima das outras, onde o mais pequeno ruído ou interferência do exterior destruirá o castelo de cartas.

Com um circuito topológico, concebido com bits quânticos topológicos, temos algo que se assemelha mais a peças Lego. Com o Lego é mais fácil encaixar as peças e criar estruturas enormes sem enfraquecer a estrutura.

É esta a grande diferença entre a criação de circuitos com bits quânticos ou circuitos com bits quânticos topológicos. Um castelo de cartas cresce e fica mais instável, enquanto uma estrutura Lego cresce e fica mais robusta.

“O futuro é quântico”

A nossa abordagem de colaboração ao mundo quântico permite-nos acelerar a aprendizagem científica e elevar a informática a um novo patamar. Estes avanços científicos só são possíveis com a ajuda dos avanços da engenharia e da teoria.

Com um bit quântico topológico estável, podemos dimensionar rapidamente e ajudar a resolver alguns problemas da vida real com a informática quântica, por exemplo: robótica, alterações climáticas, questões de saúde, desafios financeiros ou puzzles de otimização, como engarrafamentos de trânsito, e muito mais.

Ao ligar um computador quântico à plataforma de cloud do Azure, podemos disponibilizar esta capacidade computacional a muito mais pessoas e capacitá-las, e a si, para fazerem coisas fantásticas.

Acreditamos que o futuro é quântico, e a Microsoft assume o compromisso de impulsionar esta revolução. E queremos que faça parte dela.