Pensar Sério

Foi você quem pediu um computador quântico?

por Luís Soares Barbosa*

Indiscutivelmente, a computação quântica chegou, com força, às notícias. A multiplicação de iniciativas, o anúncio de mega programas de suporte, como a Quantum Technologies Flagship da União Europeia, e sobretudo, o envolvimento competitivo dos principais players (e.g. IBM, Intel, Google, Microsoft), com o anúncio de processadores já ultrapassando os 50 qubits, indiciam uma mudança real, cujo ritmo e consequências ainda não podemos prever com exactidão. 

Pela primeira vez a viabilidade deste tipo de computação em que os efeitos quânticos, não raro pouco intuitivos, são tomados como recursos computacionais, pode ser demonstrada numa série de problemas extremamente complexos, senão mesmo classicamente intratáveis. Pela primeira vez o seu potencial começa a ser discutido numa multiplicidade de áreas de aplicação transversal às mais diversas indústrias. Em certo sentido, o sonho de Feynman, no qual a computação se desenrola sobre o próprio comportamento quântico da matéria, parece estar definitivamente perto, mesmo se o projeto de um computador quântico universal tem ainda um longo caminho a percorrer. Na linguagem de alguma forma enfática dos mídia, uma "segunda revolução quântica" está em curso. 

Necessitamos, pois, de perceber os seus potenciais impactos, ao nível das tecnologias da computação, das comunicações, dos sensores, dos materiais, dos protocolos criptográficos. E necessitamos, também, de um amplo debate social para explorar e avaliar tais impactos na ciência, nas indústrias, e na sociedade em geral. Estamos perante uma mudança real de paradigma, que ainda conhecemos mal, mas em cujas margens já é possível identificar diversas tendências.  

Antes de mais o seu impacto na ciência fundamental, nomeadamente na simulação de sistemas complexos. Algumas dessas aplicações, por exemplo na identificação de propriedades de grupos moleculares, estão fora do alcance dos supercomputadores actuais. Processadores quânticos poderão revelar-se fundamentais quer em síntese molecular, crítica por exemplo para a indústria farmacêutica, quer na identificação de determinados comportamentos em mega conjuntos de moléculas. Em segundo lugar, na aceleração de desempenho de rotinas de pesquisa e optimização que formam o núcleo de um bom número de problemas computacionais. Talvez estas máquinas representem a possibilidade de, finalmente, se poder fazer uso completo do astronómico volume de dados que em cada minuto as sociedades geram. E por fim, é claro, no domínio da segurança da informação. Recorde-se que algoritmo de Shor para a factorização em primos, apresentado em 1994, abalou profundamente os fundamentos da criptografia clássica. 

Nesse movimento, o papel do software e da sua engenharia não pode ser subestimado. Classicamente, o software é um factor crítico, porventura o elo mais fraco, na confiabilidade dos sistemas de informação. E esta situação será ainda mais óbvia ao lidarmos com máquinas não apenas difíceis de programar, mas nas quais a própria noção de teste requer alguma imaginação: uma limitação fundamental da física torna os estados de um registo quântico simplesmente não clonáveis. A usual atribuição “x toma o valor de (uma transformação de) x” não faz aqui, regra geral, qualquer sentido.

Precisamos de abordagens confiáveis e escaláveis para o desenvolvimento de software sobre máquinas quânticas, que não comprometam o desempenho do novo hardware. Precisamos, em rigor, de uma engenharia do software quântico que traga para esta arena noções de composicionalidade e coordenação de componentes, de modelação matemática e verificação, de cálculo e correcção de programas. Precisamos, por fim, de a pôr à prova na abordagem de novos algoritmos e de velhos problemas. 

Ao integrar em 2018 a parceria QuantaLab, com o INL, a Universidade do Minho e a CEiiA, responsável pelo primeiro acesso efectivo, via cloud, a recursos computacionais quânticos em Portugal, o INESC TEC posicionou-se nesta corrida. Fê-lo com o património que é o seu nos domínios da engenharia e da matemática da computação. Passo a passo, envolveu-se em projectos de capacitação, procurou empresas, viu dois dos seus mais jovens investigadores, colaboradores do HASLab em dissertação de mestrado, distinguidos com as bolsas Gulbenkian do programa Novos Talentos em Computação Quântica. 

Para o INESC TEC um caminho longo, apenas no início. Mas também uma aposta que faz certamente sentido. Não no sentido de um sentido já feito, mas mais exactamente, e parafraseando o Eduardo Prado Coelho, no sentido de o fazer.

* Colaborador do Laboratório de Software Confiável (HASLab) 

Por posição do autor, o texto foi escrito de acordo com a ortografia da língua portuguesa anterior ao AO.