A computação quântica explicada em dez minutos

Um computador quântico não é apenas uma versão mais poderosa dos computadores que usamos atualmente; é algo completamente diferente, baseado em um entendimento científico emergente, e mais do que um pouco de incerteza. Entre no mundo das maravilhas quânticas com a bolsista TED Shohini Ghose e aprenda como essa tecnologia detém o potencial de transformar medicamentos, criar criptografia inquebrável e até mesmo teletransportar informações.

Vamos jogar.

Imaginem que vocês estão em Las Vegas,

em um cassino,

e decidem jogar em um
dos computadores de lá,

como se jogassem paciência ou xadrez.

O computador pode movimentar o jogo,
assim como um jogador humano.

Esse é um jogo de cara ou coroa.

Começa com uma moeda mostrando "cara",

e o computador jogará primeiro.

Ele pode escolher virar a moeda ou não,

mas vocês não conseguem ver o resultado.

A seguir, é a vez de vocês.

Podem também escolher
virar a moeda ou não,

e seu movimento não será revelado
a seu adversário, o computador.

Finalmente, ele joga de novo
e pode virar a moeda ou não,

e, após essas três rodadas,

a face é revelada:

se for "cara", o computador ganha;

se for "coroa", vocês ganham.

É um jogo muito simples,

e, se todos jogarem honestamente,
e a moeda não estiver marcada,

vocês terão 50% de chance
de ganhar o jogo.

Para confirmar isso,

pedi a meus alunos que fizessem
esse jogo em nossos computadores,

e, após inúmeras tentativas,

a taxa de vitória deles acabou
sendo 50% ou próxima disso,

conforme esperado.

Parece um jogo chato, não é mesmo?

Mas, e se você pudesse fazer esse jogo
em um computador quântico?

Os cassinos de Las Vegas
não têm computadores quânticos,

que eu saiba,

mas a IBM fabricou um computador
quântico que está em operação.

Aqui está.

Mas, o que é um computador quântico?

A física quântica descreve

o comportamento dos átomos
e das partículas fundamentais,

como elétrons e fótons.

Um computador quântico opera controlando
o comportamento dessas partículas,

mas de uma maneira totalmente diferente
dos computadores comuns.

Ele não é apenas uma versão mais poderosa
de nossos computadores atuais,

assim como uma lâmpada
não é uma vela mais poderosa.

Não se pode fabricar uma lâmpada
fazendo velas cada vez melhores.

Uma lâmpada tem uma tecnologia diferente,

baseada em um conhecimento
científico mais profundo.

De maneira semelhante, um computador
quântico é um novo tipo de aparelho,

baseado na ciência da física quântica.

Assim como a lâmpada
transformou a sociedade,

os computadores quânticos
têm o potencial de impactar

inúmeros aspectos de nossa vida,

inclusive nossas
necessidades de segurança,

nossa assistência médica
e até mesmo a internet.

Empresas de todo o mundo estão trabalhando
para fabricar esses aparelhos.

Para entender do que se trata
todo esse entusiasmo,

vamos jogar em um computador quântico.

Posso me conectar ao computador
quântico da IBM daqui mesmo,

o que significa que posso
jogar remotamente,

e vocês também.

Para isso acontecer, devem se lembrar
de ter recebido um e-mail do TED

perguntando se vocês escolheriam
virar a moeda ou não,

caso tenham jogado.

Na verdade, pedimos que escolhessem
entre um círculo e um quadrado.

Vocês não sabiam, mas sua escolha
de círculo significava "virar a moeda";

sua escolha de quadrado, "não virar".

Recebemos 372 respostas.

Obrigada.

Isso significa que podemos ter 372 jogos
contra o computador quântico

usando a escolha de vocês.

É um jogo muito rápido.

Assim posso lhes mostrar
os resultados aqui mesmo.

Infelizmente, vocês
não se saíram muito bem.

(Risos)

O computador quântico
venceu quase todos os jogos.

Perdeu alguns só por causa
de erros operacionais.

(Risos)

Como foi que ele alcançou
essa incrível série de vitórias?

Parece magia ou trapaça,

mas, na verdade, é apenas
a física quântica em ação.

Eis como funciona.

Um computador comum simula
o cara ou coroa de uma moeda como um bit,

de valor zero ou um,

ou uma corrente se ligando e desligando
dentro do chip de seu computador.

Um computador quântico
é totalmente diferente.

Um bit quântico tem uma identidade
não binária mais fluida.

Pode existir em uma superposição,
ou combinação de zero e um,

com alguma probabilidade de ser zero
e alguma probabilidade de ser um.

Em outras palavras, a identidade dele
está em um espectro.

Por exemplo, poderia haver
uma chance de 70% de ser zero

e de 30% de ser um,

ou 80-20 ou 60-40.

As possibilidades são infinitas.

A ideia principal aqui

é que temos que desistir
de valores precisos de zero e um

e permitir alguma incerteza.

Durante o jogo,

o computador quântico cria
a combinação fluida de cara e coroa,

zero e um,

de modo que, não importa
o que o jogador faça,

vire ou não a moeda,

a superposição permanece intacta.

É como mesclar a mistura de dois fluidos.

Mescladas ou não, os fluidos
permanecem em uma mistura,

mas, no movimento final,

o computador quântico pode desfazer
a mistura de zero e um,

recuperando "cara" perfeitamente
para que você perca sempre.

(Risos)

Se acham isso um pouco estranho,
estão absolutamente certos.

Moedas regulares não existem
em combinações de cara e coroa.

Não vivenciamos
essa realidade quântica fluida

em nossa vida cotidiana.

Se estão confusos com o quantum,

não se preocupem, vocês estão chegando lá.

(Risos)

Mas, mesmo não vivenciando
a estranheza quântica,

podemos ver os efeitos
muito reais dela em ação.

Vocês viram os dados por si mesmos.

O computador quântico venceu,

porque aproveitou
superposição e incerteza,

e essas propriedades
quânticas são poderosas,

não apenas para vencer no cara ou coroa,

mas também para construir
futuras tecnologias quânticas.

Então, deixem-me dar três exemplos
de possíveis aplicações

que podem mudar nossa vida.

Em primeiro lugar,

a incerteza quântica poderia ser usada
para criar chaves privadas

para criptografar mensagens
enviadas de um local a outro

de modo que os hackers não pudessem copiar
secretamente a chave com perfeição,

devido à incerteza quântica.

Eles teriam que quebrar
as leis da física quântica

para "hackear" a chave.

Esse tipo de criptografia inquebrável
já está sendo testado pelos bancos

e por outras instituições em todo o mundo.

Atualmente, usamos mais de 17 bilhões
de aparelhos conectados globalmente.

Imaginem o impacto que a criptografia
quântica poderia ter no futuro.

Em segundo lugar, as tecnologias quânticas

também poderiam transformar
a assistência médica e os medicamentos.

Por exemplo,

a concepção e a análise de moléculas
para o desenvolvimento de medicamentos

é um problema que nos desafia hoje em dia,

porque descrever e calcular com exatidão

todas as propriedades quânticas
de todos os átomos da molécula

é uma tarefa computacional difícil,
mesmo para nossos supercomputadores.

Mas um computador quântico
poderia fazer melhor,

porque ele opera usando as mesmas
propriedades quânticas

da molécula que está tentando simular.

Assim, simulações quânticas
futuras em larga escala

para o desenvolvimento de medicamentos

talvez pudessem levar a tratamentos
para doenças como o Alzheimer,

que afeta milhares de vidas.

E, em terceiro lugar,
minha aplicação quântica favorita

é o teletransporte de informações
de um local a outro

sem transmiti-las fisicamente.

Parece ficção científica, mas é possível,

porque essas identidades fluidas
das partículas quânticas

podem ficar presas no espaço e no tempo

de tal maneira que, quando mudamos
algo sobre uma partícula,

ela pode impactar a outra,

e isso cria um canal
para o teletransporte.

Já foi demonstrado
em laboratórios de pesquisa,

e poderia ser parte
de uma futura internet quântica.

Não temos essa rede ainda,

mas minha equipe está trabalhando
nessas possibilidades,

simulando uma rede quântica
em um computador quântico.

Projetamos e implementamos
alguns novos protocolos interessantes

como o teletransporte
entre diferentes usuários na rede,

uma eficiente transmissão de dados

e até mesmo a votação segura.

É muito divertido pra mim
ser profissional de física quântica.

Recomendo muito.

(Risos)

Começamos a ser exploradores
no mundo das maravilhas quânticas.

Quem sabe quais aplicativos
descobriremos a seguir?

Devemos seguir com cuidado
e responsabilidade

enquanto construímos
nosso futuro quântico.

Eu, pessoalmente,

não vejo a física quântica
como uma ferramenta

apenas para construir
computadores quânticos.

Vejo os computadores quânticos

como uma maneira de investigar
os mistérios da natureza

e revelar mais sobre esse mundo oculto
fora de nossas experiências.

Que incrível que nós, humanos,

com nosso acesso relativamente
limitado ao universo,

ainda podemos ver muito além
de nosso horizonte

apenas usando nossa
imaginação e ingenuidade.

E o universo nos recompensa

mostrando a nós como ele é incrivelmente
interessante e surpreendente.

O futuro é fundamentalmente incerto,

e, para mim, isso é
certamente emocionante.

Obrigada.

(Aplausos)