EUm 1981, o físico Richard Feynman teorizou pela primeira vez a criação de computadores quânticos que aproveitou os princípios da física quântica para processar cálculos que levariam milênios ou mais para computadores padrão serem computados. Nas quatro décadas seguintes, contudo, a investigação não conseguiu avançar suficientemente para que as máquinas tivessem grande impacto na sociedade.
Mas os avanços em 2023 sinalizaram que os computadores quânticos embarcaram numa nova era, que poderá desencadear uma revolução tecnológica cheia de possibilidades – algumas boas e outras más. Do lado positivo, os computadores quânticos poderão levar ao desenvolvimento de novos medicamentos para combater o cancro. Do lado negativo, porém, eles podem quebrar a criptografia que usamos várias vezes por dia para tudo, desde o envio de textos até transações financeiras.
Mas esta não é a primeira corrida quântica na história que coloca os EUA contra os seus adversários – e o passado fornece um guia sobre como os EUA podem vencer a próxima revolução informática. Na década de 1940, uma corrida quântica produziu a criação de armas nucleares e desencadeou uma explosão tecnológica. Crucialmente, os EUA venceram a competição para aproveitar a nova tecnologia. Não só os cientistas americanos criaram as primeiras armas nucleares, mas os avanços nos lasers e nos chips para computadores fizeram dos EUA o lar da inovação global.
Contudo, isso só aconteceu porque os decisores políticos forneceram o financiamento e o apoio necessários para garantir a superioridade. Em 2024, pelo contrário, uma importante lei de financiamento quântico estagnou enquanto aliados e adversários investem milhares de milhões em investigação e desenvolvimento quântico. Sem ação, a história mostra que os EUA correm o risco de ficar para trás, especialmente na liderança do poder revolucionário das tecnologias quânticas.
A física quântica desenvolveu-se na Europa nas décadas de 1920 e 1930. Com a eclosão da Segunda Guerra Mundial nas décadas de 1930 e 1940, físicos alemães, húngaros e italianos fugiram para os EUA. Muitos deles juntaram-se a J. Robert Oppenheimer e seus colegas americanos no Projeto Manhattan – que deu origem à bomba atômica e simultaneamente elevou os EUA como o lar da ciência quântica.
Nas décadas seguintes, Feynman e outros cientistas que trabalharam no Projeto Manhattan inspiraram inovações profundas da física quântica que se entrelaçaram na estrutura da vida americana. A primeira revolução quântica criou armas nucleares e energia, sistemas de posicionamento global, lasers, imagens de ressonância magnética e os chips que impulsionariam a ascensão do computador pessoal.
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Embora muitos países como a União Soviética tenham construído armas nucleares, nenhum rivalizou com os EUA no pioneirismo da inovação. O lançamento soviético do Sputnik em 1957 e a corrida espacial produziram uma explosão de financiamento federal para a ciência e a educação que esteve na origem do sucesso americano. Além disso, o Departamento de Defesa forneceu patrocínio crucial para pesquisas visionárias, mas arriscadas, que desenvolveram a Internet, capacidades furtivas e assistentes de voz como o Siri. Esta combinação impulsionou os EUA a níveis de inovação sem paralelo nas décadas após a Segunda Guerra Mundial.
As tecnologias nascidas da primeira revolução quântica estiveram no cerne da defesa nacional americana e também remodelaram a vida civil nos EUA, especialmente através do desenvolvimento de computadores pessoais e da Revolução da Informação.
Mas mesmo quando os computadores pessoais começavam a revolucionar a vida americana em 1981, Feynman insistiu numa palestra fundamental que algo mais era possível. Ele argumentou que um computador quântico – com magnitudes de poder de processamento maiores até mesmo do que o computador de melhor desempenho então existente – oferecia a única maneira de desbloquear o verdadeiro conhecimento do mundo. Feynman admitiu, no entanto, que construir tal máquina exigia uma complexidade impressionante.
As quatro décadas seguintes provaram que ele estava certo quanto aos obstáculos envolvidos. Projetar um computador quântico exigiu enormes avanços na teoria, bem como em materiais e componentes. Desde a década de 1980, o progresso avançou lentamente e muitos brincaram que os computadores quânticos estariam sempre a 10 a 20 anos de distância.
Em 1994, o matemático Peter Shor descobriu um algoritmo que criou um método para um computador quântico calcular os grandes números primos usados na criptografia. Apesar deste avanço, o ritmo dos desenvolvimentos desde a descoberta de Shor permaneceu glacial. O financiamento persistente da Agência de Segurança Nacional e do Departamento de Defesa – especialmente o primeiro – sustentou a inovação, mas os resultados têm sido desiguais, porque os cientistas não conseguiram construir um computador quântico que não fosse infestado de erros.
Nos últimos 10 anos, empresas privadas de tecnologia como IBM, Google e Microsoft fizeram investimentos significativos em computação quântica, o que levou o campo a novos patamares de maturidade e acelerou uma corrida global pelo domínio quântico – uma corrida com importantes questões de segurança nacional e implicações de segurança cibernética.
Mesmo assim, os computadores quânticos de hoje ainda não superaram os computadores padrão devido a erros regulares causados por radiação, calor ou materiais inadequados. Esses erros tornam os computadores quânticos inúteis para coisas como, por exemplo, projetar novos medicamentos, porque os cientistas não conseguem replicar um experimento com precisão. Mas tudo isso está mudando rapidamente.
Os avanços da IBM e de uma equipe de Harvard em 2023 demonstraram que a correção de erros está no horizonte e que a era da utilidade quântica chegou. Em julho de 2023, IBM anunciou evidências revisadas por pares de experimentos que indicaram que a empresa fez progressos na mitigação dos erros que há muito atormentam a computação quântica. Alguns meses depois, em dezembro, uma equipe de Harvard e a empresa QuEra Publicados resultados encorajadores de experimentos que mostraram que eles também desenvolveram um processo quântico com correção de erros aprimorada.
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Mas não são apenas as empresas e universidades americanas que tentam descobrir como mitigar os erros que limitaram as possibilidades dos computadores quânticos. Nos últimos 15 anos, os físicos chineses empreenderam um programa ambicioso que visa tornar o seu país o líder mundial em tecnologias quânticas. Uma estimativa classifica a China – que investiu mais de 15 mil milhões de dólares no projecto – como líder ou quase igual aos EUA neste novo domínio da ciência. Em 2023, os resultados de experiências sugeriram que os físicos chineses estavam a alcançar conquistas impressionantes que lhes poderiam permitir construir um computador quântico que poderia superar os desenvolvidos nos EUA.
As consequências da superioridade chinesa neste domínio seriam sísmicas. O principal adversário dos EUA seria então capaz de quebrar a encriptação que os americanos usam todos os dias para tráfego e mensagens seguras na Internet, e que o governo dos EUA e os seus aliados usam para proteger comunicações secretas. Uma organização projeta que o mundo tem um mero seis anos antes que essa capacidade exista. Outras estimativas insistem que a data ainda está a 10 anos de distância. Mas está chegando rápido.
Isso significa que os EUA têm de sair à frente desta tecnologia iminente para evitar consequências desastrosas em todos os domínios da vida americana. Em maio de 2022, a Casa Branca planos anunciados para preparar a nação para a criptografia pós-quântica, juntamente com os esforços empreendidos por empresas privadas como Apple e Google. Mas o Congresso não conseguiu renovar um marco histórico de financiamento federal para a investigação e desenvolvimento quântico em 2023. Entretanto, a China e os países europeus não hesitam em dedicar milhares de milhões à investigação quântica.
Os avanços da computação quântica em 2023 anunciam um futuro brilhante que transformará a vida e a economia. A tecnologia está prestes a cumprir a visão de Feynman e compreender o mundo e o universo como nunca antes. Um computador quântico com correção de erros lançaria a segunda revolução quântica e está em curso uma corrida para preservar a liderança dos EUA na ciência para uma das tecnologias mais valorizadas do século XXI. Para vencer essa corrida, o governo federal precisa de fazer um esforço concertado para sustentar a preeminência americana na computação quântica e noutras tecnologias quânticas, como a detecção. Foi assim que os EUA venceram a primeira revolução quântica e os riscos são demasiado elevados para não aprendermos com este triunfo passado.
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Brandon Kirk Williams é pesquisador sênior do Centro de Pesquisa de Segurança Global do Laboratório Nacional Lawrence Livermore.
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