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A física quântica já mudou nossas vidas há mais de 60 anos com a invenção do laser e do transistor. Hoje, com uma segunda revolução quântica à vista, a ciência promete um futuro radicalmente diferente do mundo que conhecemos hoje.
Marko Erman, diretor científico da Thales, nos oferece uma prévia da vida em um mundo quântico.
Como você vê o mundo pós-Covid de que todo mundo está falando?
Seria prematuro e um pouco presunçoso da minha parte tentar descrever como será o mundo quando essa crise sem precedentes de saúde pública, econômica e social terminar. Mas tenho algumas reflexões sobre o assunto. Por exemplo, acho que a crise causou uma profunda impressão na apreciação da sociedade pelos grandes desafios que temos pela frente, com saúde, educação, meio ambiente e segurança no topo da lista.
Essas preocupações fazem parte dos planos de estímulo nacionais e europeus que estão sendo implementados para tirar nossas economias da crise. Na França, por exemplo, o governo anunciou no início deste ano o quarto programa Investimentos para o Futuro (PIA 4). E as prioridades deste plano incluem tecnologias digitais, é claro, mas também pesquisa médica, saúde, cidades do futuro, mudanças climáticas e educação digital – sem mencionar a inovação e as tecnologias verdes, que representam um terço deste último PIA programa.
Vimos como as tecnologias digitais tornaram a sociedade mais resiliente a uma pandemia e como elas ajudam a lidar com as consequências para a saúde pública, a economia e a sociedade em geral. Quer estejamos trabalhando em casa ou fazendo mais online, as transações remotas literalmente explodiram.
E o cibercrime também explodiu…
O que só mostra a importância da segurança cibernética se quisermos colher os benefícios do digital sem viver com medo dos perigos envolvidos. Também fala da necessidade de encontrar novas maneiras de proteger nossas sociedades desses novos riscos e perigos e explorar novas tecnologias disruptivas que nos ajudarão a superar os principais desafios que mencionei anteriormente.
Uma dessas tecnologias disruptivas é a física quântica, que está atraindo muita atenção no momento…
Isso mesmo. O uso das propriedades quânticas dos materiais abre inúmeras novas oportunidades em áreas tão variadas quanto manufatura, mobilidade, defesa, saúde e meio ambiente. Praticamente não há limite para a criatividade das pessoas quando se trata de imaginar novas aplicações de tecnologias quânticas.
Mais especificamente, quais mercados serão afetados por essa nova revolução quântica no curto e médio prazo?
Esta segunda revolução quântica afetará principalmente sensores, comunicações e computadores. Os computadores quânticos serão capazes de resolver problemas de otimização e simulação de processos que qualquer computador convencional, atual ou futuro, levaria milhares ou milhões de anos para alcançar.
Um dos mercados que será interrompido com relativa rapidez será o de saúde. As vacinas de RNA mensageiro demonstraram o poder da tecnologia profunda em permitir que os cientistas trabalhem em nível celular ou molecular. E isso é apenas o começo – o tratamento do câncer e o tratamento de muitas outras doenças podem ser profundamente transformados pela tecnologia quântica. Mas antes disso, o mundo molecular e celular precisa ser observado, compreendido e modelado. Os computadores quânticos serão capazes de construir modelos de moléculas complexas compostas por milhares de átomos, como proteínas e outras matérias vivas. E para fazer isso, vamos precisar de novas técnicas de processamento precisamente “direcionadas”.
Além disso, os sensores quânticos podem levar a novas técnicas de imagens médicas, como as imagens de ressonância magnética que conhecemos hoje, mas suficientemente direcionadas para fornecer informações em escala celular e molecular.
O desempenho de detecção de RF de sensores quânticos também pode abrir novas e excitantes possibilidades na neurociência, permitindo-nos observar o cérebro em tempo real e com uma resolução espacial muito além das capacidades atuais. Com as doenças degenerativas destruindo a vida de um número crescente de pessoas, é mais importante do que nunca entender exatamente como o cérebro funciona e garantir a detecção precoce de anomalias, lesões e distúrbios cognitivos, mas também medir com precisão os efeitos dos tratamentos e como eles Aja. Os sensores quânticos podem desempenhar um papel significativo para enfrentar esse grande desafio.
Você também mencionou o meio ambiente. Como a física quântica pode ajudar a lidar com a perturbação climática?
Cada tecnologia tem um impacto direto e indireto na pegada de carbono da atividade humana. O impacto direto de uma tecnologia pode ser aumentar essa pegada de carbono consumindo eletricidade, enquanto o impacto indireto pode reduzir a pegada tornando um sistema mais eficiente em termos de energia. Para decidir se uma tecnologia é benéfica para o meio ambiente, você precisa analisar as vantagens e as desvantagens.
Na maioria dos casos, um sistema quântico consome muito menos eletricidade do que um sistema equivalente baseado em tecnologia convencional.
Um computador quântico, por exemplo, precisará de um criostato muito frio (próximo do zero absoluto) para uma unidade de poucos metros cúbicos, mas seu consumo de eletricidade será medido em quilowatts-hora. Nenhum supercomputador convencional jamais terá o mesmo poder de computação, e o consumo de eletricidade dos computadores de alto desempenho atuais é medido em megawatts-hora porque eles precisam de muitos processadores – vários milhares em alguns casos.
Quanto aos sensores quânticos, eles serão altamente miniaturizados, mas no caso dos sensores de RF, eles também serão de banda extremamente larga. Cobrir o mesmo espectro de comprimentos de onda com tecnologia convencional exigiria um grande número de sensores, alguns dos quais são milhares de vezes maiores que seus equivalentes quânticos. Portanto, também neste caso, as tecnologias quânticas são as vencedoras claras quando se trata de uso de energia.
E quando você olha para os impactos indiretos, as tecnologias quânticas se destacam novamente.
Ao otimizar os sistemas usados no gerenciamento de tráfego aéreo, distribuição de energia, coleta e processamento de resíduos, gerenciamento de recursos naturais, etc., os computadores quânticos reduzirão sua pegada de carbono. Os computadores de hoje não podem resolver a maioria desses problemas de otimização quando mais do que algumas variáveis estão envolvidas.
Os computadores quânticos também podem ser usados para projetar novos materiais com propriedades otimizadas para isolamento térmico, por exemplo, ou para projetar peças significativamente mais leves do que as atuais, mas com o mesmo desempenho mecânico.
Sensores como os gravímetros quânticos 1 oferecerão aumentos de ordem de magnitude na sensibilidade em comparação com os instrumentos existentes, possibilitando observar a Terra com granularidade extremamente alta e entender as mudanças que estão ocorrendo.
Além de computação quântica e sensores quânticos, você mencionou comunicações quânticas…
As tecnologias quânticas levarão a segurança das comunicações a um nível totalmente novo. Uma chave quântica (ou seja, uma série de qubits 2 cujos estados quânticos constituem o código) não pode ser quebrada devido à inviolabilidade das leis da mecânica quântica: quando a chave é lida (decodificada) ela é destruída, então qualquer intrusão é notada imediatamente.
Os princípios por trás das comunicações quânticas foram demonstrados há mais de uma década. Mas isso era para comunicações ponto a ponto e as distâncias eram limitadas por causa da absorção pelas fibras ópticas. Impulsionar o sinal com repetidores ópticos convencionais (ou amplificadores) teria perturbado sua natureza quântica, destruindo o código. Em termos práticos, isso significava que as informações só poderiam ser enviadas a uma distância de cerca de 50 a 150 km.
Hoje, esforços estão em andamento para demonstrar a viabilidade de redes quânticas tão grandes quanto um continente como a Europa. Para superar as limitações dos fótons sendo absorvidos pela fibra óptica, a ideia é distribuir as chaves quânticas via satélite para redes quânticas metropolitanas com fibras adequadas suficientes para conectar um grande número de usuários em um raio de mais de 100 km.
Na Europa, o trabalho neste tipo de rede de comunicações está sendo realizado por vários consórcios, com Thales e Thales Alenia Space como membros principais e apoio da ESA, Horizon Europe e dos Estados Membros.
Na busca por redes de comunicação ultra-seguras – e com os crescentes perigos do cibercrime tornando esse objetivo cada vez mais importante – a criptografia quântica é um caminho que precisa ser totalmente explorado para proteger as informações vitais de governos, instituições, empresas e indivíduos.
É uma questão de soberania?
Absolutamente. É por isso que os Estados Unidos e a China estão competindo tão ferozmente para dominar essas tecnologias.
E a Europa?
A Europa tem capacidades científicas, acadêmicas e industriais de nível mundial neste campo e pode jogar bem se decidir que a criptografia quântica é uma prioridade estratégica e fizer os investimentos necessários. Tenho grandes esperanças de que a crise do Covid também tenha servido para aumentar a conscientização sobre a física quântica como uma maneira importante de construir um futuro em que todos podemos confiar.
1 Gravímetro: instrumento utilizado para medir a aceleração gravitacional
2 Na lógica binária dos computadores convencionais, a informação é codificada como 0s e 1s (bits). No mundo quântico, a unidade básica de informação é um qubit, que pode ser 0 e 1 ao mesmo tempo.
FONTE: THALES