Cálculo quântico explicado em 10 minutos

Um computador quântico não é uma versão mais potente dos computadores que usamos hoje: é uma coisa totalmente diferente, com base na crescente compreensão científica — e mais do que um pouco de incerteza. Entrem no país das maravilhas quânticas com Shohini Ghose, TED Fellow, e saibam como esta tecnologia contém o potencial de transformar a medicina, criar codificações impenetráveis e até teletransporte de informações.

Vamos jogar um jogo.

Imaginem que estão em Las Vegas,

num casino

e decidem jogar um jogo
num dos computadores do casino,

como quando fazem uma paciência
ou jogam xadrez.

O computador pode fazer jogadas
no jogo, como se fosse um ser humano.

É um jogo de moedas.

Começa com uma moeda a mostrar caras

e o computador é o primeiro a jogar.

Pode optar por virar a moeda ou não,

mas não vemos o resultado.

A seguir é a nossa vez.

Também podemos optar
por virar a moeda ou não

e a nossa jogada não é revelada
ao adversário, o computador.

Por fim, o computador volta a jogar
e pode virar a moeda ou não.

Ao fim destas três jogadas,

a moeda aparece.

Se for cara, o computador ganha;

se for coroa, ganhamos nós.

É um jogo muito simples.

Se todos jogarem sem batota,
e a moeda for perfeita,

temos 50% de probabilidade
de ganhar este jogo.

Para confirmar isso,

pedi aos meus alunos para jogarem
este jogo nos seus computadores.

Depois de muitas, muitas tentativas

a taxa de vitórias acabou por ser
de 50% ou perto dos 50%,

conforme esperado.

Parece ser um jogo aborrecido, não é?

E se pudéssemos jogar este jogo
num computador quântico?

Os casinos de Las Vegas não têm
computadores quânticos,

tanto quanto sei,

mas a IBM construiu
um computador quântico.

É este.

O que é um computador quântico?

A física quântica descreve

o comportamento dos átomos
e das partículas fundamentais

como eletrões e fotões.

Assim, um computador quântico funciona

controlando o comportamento
dessas partículas,

mas de uma forma totalmente diferente
dos nossos computadores normais.

Um computador quântico
não é uma versão mais potente

dos nossos computadores normais,

tal como uma lâmpada elétrica
não é uma vela mais potente.

Não podemos construir uma lâmpada
construindo velas cada vez melhores.

Uma lâmpada elétrica
é uma tecnologia diferente,

baseada numa compreensão científica
mais profunda.

De igual modo, um computador quântico
é um tipo novo de aparelho

baseado na ciência da física quântica.

Tal como a lâmpada elétrica
transformou a sociedade,

os computadores quânticos
têm o potencial de causar impacto

em muitos aspetos da nossa vida,

incluindo as necessidades de segurança,
os cuidados de saúde e até a Internet.

Assim, há empresas em todo o mundo
a trabalhar para criar esses aparelhos.

Para vermos porque é tão grande
esse entusiasmo,

vamos jogar o nosso jogo
num computador quântico.

Ora bem, posso entrar no computador
quântico da IBM daqui mesmo,

ou seja, posso jogar o jogo à distância

e vocês também podem.

Lembram-se de ter recebido
um "email" do TED,

perguntando se queriam optar
por virar a moeda ou não,

no caso de jogarem o jogo.

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

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

e a escolha do quadrado
significava "não virar".

Recebemos 372 respostas.

Obrigada.

Isso significa que podemos jogar 372 jogos
contra o computador quântico

usando as vossas opções.

É um jogo que se joga muito depressa,

por isso posso mostrar já
os resultados.

Infelizmente,
vocês não se saíram muito bem.

(Risos)

O computador quântico ganhou
quase todos os jogos.

Perdeu alguns por causa
de erros operacionais no computador.

(Risos)

Como é que ele conseguiu
esta proeza espantosa?

Parece magia ou batota,

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

Funciona assim.

Um computador normal simula
cara ou coroa duma moeda como um bit,

um 0 ou um 1,

ou virar ou não virar
no "chip" do nosso computador.

Um computador quântico
é totalmente diferente.

Um bit quântico tem uma identidade
mais fluida, não binária.

Pode existir numa sobreposição
ou numa combinação de O e de 1,

com alguma probabilidade de ser 0
e alguma probabilidade de ser 1.

Por outras palavras, a sua identidade
está num espetro.

Por exemplo, pode ter 70%
de probabilidades de ser 0

e 30% de hipóteses de ser 1

ou 80-20, ou 60-40.

As possibilidades são infindáveis.

A ideia principal aqui

é que temos de abandonar
os valores exatos de 0 e de 1

e permitir uma certa incerteza.

Assim, durante o jogo,

o computador quântico cria
esta combinação fluida de caras e coroas,

de 0 e de 1,

de modo que, faça o jogador o que fizer,

vire a moeda ou não vire,

a sobreposição mantém-se intacta.

É como revolver uma mistura
de dois fluidos.

Quer a revolvam ou não,
os fluidos continuam na mistura,

mas no movimento final,

o computador quântico
pode separar o 0 e o 1,

recuperando perfeitamente as caras
e, por isso, nós perdemos sempre.

(Risos)

Se acham que isto é um pouco estranho,
têm toda a razão.

Não há moedas normais
com uma mistura de caras e coroas.

Não temos experiência
desta realidade de fluido quântico

na nossa vida quotidiana.

Portanto, se se sentem confusos
com o quântico,

não se preocupem, hão de lá chegar.

(Risos)

Mas mesmo que não entendamos
a estranheza do quântico,

vemos os seus efeitos em ação.

Viram bem os dados?

O computador quântico ganhou

porque domina a sobreposição
e a incerteza

e essas propriedades quânticas
são poderosas,

não apenas para ganhar
jogos de moedas,

mas para criar futuras
tecnologias quânticas.

Vou dar-vos três exemplos
de possíveis aplicações

que podem mudar a nossa vida.

Primeiro, a incerteza quântica
pode ser usada para criar chaves privadas

para codificar mensagens
enviadas de um local para outro

de modo que os "hackers" não podem
copiar perfeitamente essa chave,

por causa da incerteza quântica.

Teriam de infringir
as leis da física quântica

para piratearem a chave.

Este tipo de codificação impenetrável
já está a ser testada pelos bancos

e por outras instituições
em todo o mundo.

Hoje, usamos mais de 17 mil milhões
de aparelhos interligados, mundialmente.

Imaginem o impacto que a codificação
quântica pode ter no futuro.

Segundo, as tecnologias quânticas

também podem transformar
os cuidados de saúde e a medicina.

Por exemplo, o "design" e a análise
de moléculas para o fabrico de fármacos

é hoje um problema difícil

porque descrever e calcular,
exatamente,

todas as propriedades quânticas
de todos os átomos na molécula

é uma tarefa de cálculo difícil
mesmo para um supercomputador.

Mas um computador quântico
pode fazer melhor,

porque funciona, usando
as mesmas propriedades quânticas

que as moléculas que está
a tentar simular.

Assim, as simulações quânticas
de grande escala

para o desenvolvimento de medicamentos

talvez possa levar a tratamentos
para doenças como a de Alzheimer,

que afeta milhares de vidas.

Terceiro, a aplicação quântica
que eu prefiro,

é o teletransporte de informações
de um local para outro,

sem transmitir fisicamente
essas informações.

Parece ficção científica, mas é possível,

porque essas identidades fluidas
das partículas quânticas

podem emaranhar-se
no espaço e no tempo

de uma forma que, quando mudamos
qualquer coisa numa partícula,

ela pode causar impacto noutra

e isso cria um canal
para o teletransporte.

Já ficou demonstrado
em laboratórios de investigação

e pode fazer parte
de uma futura Internet quântica.

Ainda não temos uma rede dessas,

mas a minha equipa está a trabalhar
nessas possibilidades,

simulando uma rede quântica
num computador quântico.

Concebemos e implementámos
novos protocolos interessantes

como o teletransporte entre vários
utilizadores na rede

e uma eficaz transmissão de dados,

e até mesmo a segurança nas votações.

Para mim, que sou física quântica,
é muito divertido.

Recomendo-o fortemente.

(Risos)

Acabamos como exploradores
de um mundo quântico maravilhoso.

Quem sabe que aplicações
descobriremos a seguir.

Temos de caminhar com cautela
e responsabilidade

à medida que construímos
o futuro quântico.

Para mim, pessoalmente,

não vejo a física quântica

como um mero instrumento
só para criar computadores quânticos.

Vejo os computadores quânticos

como uma forma de sondar
os mistérios da Natureza

e revelar mais sobre este mundo oculto
que nunca experimentámos.

Como é espantoso que nós,
os seres humanos,

com o nosso acesso ao universo,
relativamente limitado,

ainda possamos ver para além
dos nossos horizontes

usando apenas a nossa imaginação
e o nosso engenho.

O universo recompensa-nos

mostrando-nos como é
incrivelmente interessante

e surpreendente.

O futuro é fundamentalmente incerto

e, para mim,
isso é certamente emocionante.

Obrigada.

(Aplausos)