"QUANTUM" a‰ UMA DAQUELAS CHAVa•ES QUE APARECE em tudo, desde ficção cienta­fica a marcas comerciais. Mas a computação qua¢ntica - ou, mais especificamente, a ciência e engenharia da informação qua¢ntica - éuma disciplina real e de ponta, focada no desenvolvimento de sistemas que deixara£o os supercomputadores mais rápidos da atualidade.

De fato, étodo um ecossistema de tecnologia baseado na meca¢nica qua¢ntica, um campo da física centrado em como aspartículas subatômicas se movem e interagem, de acordo com Paola Cappellaro PhD '06, professora associada do Departamento de Ciência e Engenharia Nuclear (NSE). Cappellaro estãona vanguarda da pesquisa de computação qua¢ntica do MIT como lider do Quantum Engineering Group no Laborata³rio de Pesquisa em Eletra´nica.

"No meu grupo, trabalhamos não apenas em computação qua¢ntica, mas também em tecnologias associadas", diz Cappellaro. "O segmento comum éa ciência da informação qua¢ntica, como manipular, codificar e explorar informações usando dispositivos qua¢nticos."

A tecnologia ainda estãoengatinhando, mas abordar a computação a partir da vanguarda da física promete uma mudança radical na maneira como os computadores enfrentam enormes desafios matema¡ticos, como quebrar ca³digos criptogra¡ficos, e simular sistemas complexos, como reações químicas complexas.

Enquanto os computadores convencionais operam processando bits de dados que consistem em zeros e uns, geralmente codificados em forma eletra´nica como on / off, a computação qua¢ntica ébaseada em princa­pios que permitem quepartículas subatômicas estejam em diferentes estados simultaneamente, permitindo bits qua¢nticos, ou “qubits, ”Para conter mais informações.

Em teoria, um computador qua¢ntico deve superar o supercomputador mais avana§ado - mas atéagora ninguanãm descobriu a melhor maneira de construa­-lo. Isso ocorre porque existem muitas maneiras possa­veis de criar os qubits de dados, todos envolvendo diferentes sistemas fa­sicos e tipos de hardware. Além disso, os qubits são delicados e sujeitos ao que os fa­sicos chamam de "decoeraªncia" ou ao colapso de seu fra¡gil estado qua¢ntico com a menor vibração ou mudança de temperatura.

Outro grande desafio estãono tratamento de erros, que os computadores de hoje lidam com redunda¢ncia. "Em vez de apenas codificar as informações em um bit, vocêpode codifica¡-las em um determinado número de bits e, em seguida, obtanãm uma votação majorita¡ria", diz ela. Isso não funciona no mundo mais confuso dos qubits, por uma variedade de razaµes, incluindo que o distaºrbio causado pela medição (“colapso da função de onda”) proa­be a verificação das condições da maioria dos votos.

O Quantum Engineering Group de Cappellaro estãousando spins de elanãtrons e nucleares para enfrentar esse desafio. Sua abordagem se concentra em um tipo de defeito encontrado na estrutura cristalina do diamante, chamada de vaca¢ncia de nitrogaªnio ou centro de NV, que pode ser aproveitada para criar qubits. “Criamos uma maneira de caracterizar o rua­do em nosso sistema e, em seguida, criamos uma maneira eficiente de protegaª-lo contra erros”, diz ela. "O que esperamos éque ... possamos realmente ter um sistema prático de correção de erros para os atuais dispositivos qua¢nticos de escala intermedia¡ria".

Espera-se que os computadores qua¢nticos sejam capazes de enfrentar os maiores desafios de big data, mas os aplicativos específicos podem depender de quais sistemas se mostram mais práticos. "Ainda estamos no esta¡gio em que estamos tentando escolher a melhor tecnologia", diz Cappellaro.

Fazer essas escolhas significa explorar muitas opções diferentes, refletidas na ampla gama de pesquisadores envolvidos na computação qua¢ntica na Escola de Ciências do MIT e na Escola de Engenharia do MIT, bem como em muitos grupos do Laborata³rio Lincoln do MIT. Espera-se que a Faculdade de Computação Stephen A. Schwarzman do MIT una melhor os esforços de computação qua¢ntica do Instituto.

"Temos uma longa tradição em computação qua¢ntica", observa Cappellaro. “Mas o Schwarzman College poderia posicionar o MIT ainda melhor para desempenhar um papel maior nos Estados Unidos e no cena¡rio mundial. Definitivamente, éuma oportunidade a ser aproveitada. ”