Palavras-chave:
Introdução
Imagine um computador capaz de realizar, em quatro minutos, um cálculo que levaria bilhões de anos para ser resolvido pelos sistemas mais poderosos da atualidade. Parece ficção científica, mas é realidade. Um grupo de pesquisadores chineses alcançou esse feito com o computador quântico Jiuzhang, reforçando a liderança da China na corrida global pela supremacia quântica.
Este artigo aprofunda os detalhes técnicos, históricos e os impactos futuros do Jiuzhang e sua evolução para o Zuchongzhi, além de discutir os desafios e o potencial transformador da computação quântica.
O Que é o Jiuzhang?
O Jiuzhang é um computador quântico baseado em fótons, desenvolvido pela Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC). Diferente de processadores supercondutores como os do Google ou da IBM, o Jiuzhang utiliza luz em vez de elétrons para realizar cálculos.
O sistema implementa uma técnica chamada Gaussian boson sampling (GBS), um método que explora o comportamento estatístico de fótons que percorrem um circuito óptico altamente complexo. Essa abordagem não é voltada para aplicações práticas diretas, mas serve como um “teste de estresse” para mostrar como sistemas quânticos podem superar a computação clássica.
O Marco da Supremacia Quântica
Em 2020, o Jiuzhang original realizou uma tarefa de GBS detectando até 76 fótons simultaneamente. Os pesquisadores estimaram que esse cálculo, se feito por um dos supercomputadores clássicos mais rápidos do mundo — o Sunway TaihuLight — levaria 2,5 bilhões de anos. O Jiuzhang completou em apenas 200 segundos.
Esse resultado foi publicado na renomada revista Science, confirmando que o Jiuzhang alcançou o que se chama de “supremacia quântica” — o ponto em que um computador quântico realiza um cálculo impossível para os computadores clássicos em tempo hábil.
Como Funciona o Jiuzhang?
O Jiuzhang utiliza fótons individuais gerados por lasers e os envia por uma rede de interferômetros. Cada caminho, ou “modo”, representa uma possibilidade de comportamento. Com múltiplos fótons e caminhos, o número de combinações cresce exponencialmente.
Essa complexidade torna inviável calcular todos os resultados possíveis em um computador clássico. Já o computador quântico pode explorar todas as possibilidades simultaneamente, graças às propriedades de superposição e entrelaçamento quântico.
O hardware é totalmente óptico, composto por espelhos, divisores de feixe e detectores de fótons de alta eficiência. Diferentemente dos sistemas que precisam de temperaturas criogênicas extremas, o Jiuzhang opera em temperatura ambiente, o que é uma vantagem técnica.
Avanços Posteriores: Jiuzhang 2.0 e 3.0
Após o sucesso inicial, os cientistas chineses continuaram evoluindo o projeto. Em 2021, surgiu o Jiuzhang 2.0, capaz de detectar até 113 fótons em um sistema com 144 modos — uma complexidade 1024 vezes maior do que o sistema anterior.
Em 2023, foi anunciado o Jiuzhang 3.0, com capacidade ainda mais elevada. Embora detalhes técnicos mais profundos ainda estejam em análise, já se sabe que ele ultrapassa todos os modelos anteriores em desempenho.
Essas atualizações demonstram o rápido ritmo do progresso na computação quântica óptica e o compromisso da China em liderar essa tecnologia.
Zuchongzhi: O Rival Supercondutor
Paralelamente ao Jiuzhang, os mesmos pesquisadores da USTC desenvolveram o Zuchongzhi, um computador quântico baseado em qubits supercondutores, similar ao Sycamore do Google.
O Zuchongzhi 2.1 tinha 66 qubits, e o atual Zuchongzhi 3.0 chegou a 105 qubits. Ele foi capaz de completar tarefas de random circuit sampling 1014 vezes mais rápido do que supercomputadores clássicos.
Com isso, a China se destaca em duas frentes de computação quântica: óptica (com o Jiuzhang) e supercondutora (com o Zuchongzhi).
Impactos da Supremacia Quântica
- Criptografia: Computadores quânticos podem quebrar sistemas criptográficos clássicos como RSA. Isso exige o desenvolvimento urgente de criptografia quântica-resistente.
- Simulações moleculares: Serão possíveis simulações de reações químicas complexas, acelerando pesquisas em novos medicamentos e materiais.
- Otimização: Problemas de logística, cadeias de suprimentos, e finanças podem ser resolvidos com mais eficiência.
No entanto, ainda estamos longe da computação quântica de uso geral. A supremacia quântica atual é limitada a problemas específicos e exige estabilidade e correção de erros.
Desafios Atuais
- Correção de erros: Qubits são instáveis. Pequenas variações podem destruir um cálculo inteiro. A correção quântica de erros ainda é rudimentar.
- Escalabilidade: Adicionar mais qubits aumenta exponencialmente os desafios de controle e isolamento.
- Ambiente: Sistemas supercondutores exigem temperaturas próximas ao zero absoluto (−273,15 °C), demandando estruturas caríssimas de resfriamento.
Corrida Global
Além da China, Estados Unidos, Europa e Canadá estão na corrida quântica:
- Google: Criou o Sycamore, com 53 qubits, que realizou uma tarefa em 200 segundos que levaria 10 mil anos num supercomputador clássico.
- IBM: Lançou o Eagle com 127 qubits, e tem planos para chips de mais de 1000 qubits até 2026.
- Xanadu (Canadá): Avança com computação quântica óptica baseada em luz contínua.
Conclusão
O computador quântico Jiuzhang é mais do que uma façanha científica — é um indicativo do que o futuro reserva. A possibilidade de resolver em minutos cálculos que levariam bilhões de anos redefine os limites da ciência e da tecnologia.
Contudo, o caminho até a aplicação prática é longo. Será necessário resolver desafios técnicos, criar novos algoritmos e desenvolver infraestrutura de software e hardware compatível.
Estamos apenas no início da revolução quântica. E, como mostra o Jiuzhang, a China está se posicionando na vanguarda desta nova era.