The high-stakes race to make quantum computers work - Chiara Decaroli

Tradutor: Maricene Crus Revisor: Carolina Aguirre

The contents of this metal cylinder could either revolutionize technology

O conteúdo deste cilindro de metal pode revolucionar a tecnologia

or be completely useless—

ou ser completamente inútil,

it all depends on whether we can harness the strange physics of matter

tudo depende se é possível aproveitar a estranha física da matéria

at very, very small scales.

em escalas extremamente pequenas.

To have even a chance of doing so,

Para se ter ao menos uma chance de fazer isso,

we have to control the environment precisely:

o meio ambiente dever ser controlado com muita precisão:

the thick tabletop and legs guard against vibrations from footsteps,

o tampo espesso e as pernas de uma mesa protegem contra as vibrações de passos,

nearby elevators, and opening or closing doors.

de elevadores próximos e do abrir ou fechar de portas.

The cylinder is a vacuum chamber,

O cilindro é uma câmara de vácuo

devoid of all the gases in air.

desprovido de todos os gases no ar.

Inside the vacuum chamber is a smaller,

No interior da câmara de vácuo está um compartimento

extremely cold compartment, reachable by tiny laser beams.

menor e extremamente frio, alcançável por pequenos raios laser.

Inside are ultra-sensitive particles that make up a quantum computer.

Dentro estão partículas ultrassensíveis que compõem um computador quântico.

So what makes these particles worth the effort?

Então, o que faz essas partículas valerem o esforço?

In theory, quantum computers could outstrip the computational limits

Em teoria, computadores quânticos poderiam ultrapassar os limites computacionais

of classical computers.

de computadores clássicos.

Classical computers process data in the form of bits.

Computadores clássicos processam dados na forma de bits.

Each bit can switch between two states labeled zero and one.

Cada bit pode alternar entre dois estados rotulados de zero e um.

A quantum computer uses something called a qubit,

Um computador quântico usa algo chamado "qubit",

which can switch between zero, one, and what’s called a superposition.

que pode alternar entre zero, um, e o que é chamado de superposição.

While the qubit is in its superposition,

Enquanto o qubit está em sua superposição,

it has a lot more information than one or zero.

ele tem muito mais informação do que um ou zero.

You can think of these positions as points on a sphere:

Podemos pensar nessas posições como pontos numa esfera:

the north and south poles of the sphere represent one and zero.

os polos norte e sul da esfera representam um e zero.

A bit can only switch between these two poles,

Um bit só pode alternar entre esses dois polos,

but when a qubit is in its superposition,

mas quando um qubit está em sua superposição,

it can be at any point on the sphere.

pode estar em qualquer ponto da esfera.

We can’t locate it exactly—

Não podemos localizá-lo exatamente:

the moment we read it, the qubit resolves into a zero or a one.

no momento em que o lemos, o qubit se resolve em zero ou em um.

But even though we can’t observe the qubit in its superposition,

Mas mesmo que não se possa observar o qubit em sua superposição,

we can manipulate it to perform particular operations while in this state.

é possível manipulá-lo para executar operações específicas neste estado.

So as a problem grows more complicated,

Conforme um problema se torna mais complexo,

a classical computer needs correspondingly more bits to solve it,

um computador clássico, de modo correspondente,

precisa de mais bits pra resolvê-lo,

while a quantum computer will theoretically be able to handle

enquanto um computador quântico teoricamente seria capaz de lidar

more and more complicated problems

com problemas cada vez mais complexos

without requiring as many more qubits as a classical computer would need bits.

sem exigir tantos qubits como um computador clássico precisaria de bits.

The unique properties of quantum computers

As propriedades exclusivas dos computadores quânticos

result from the behavior of atomic and subatomic particles.

resultam do comportamento das partículas atômicas e subatômicas.

These particles have quantum states,

Essas partículas têm estados quânticos, os quais correspondem ao estado do qubit.

which correspond to the state of the qubit.

Quantum states are incredibly fragile,

Estados quânticos são incrivelmente frágeis,

easily destroyed by temperature and pressure fluctuations,

facilmente destruídos pela temperatura e flutuações de pressão,

stray electromagnetic fields,

por campos eletromagnéticos errantes

and collisions with nearby particles.

e por colisões com partículas próximas.

That’s why quantum computers need such an elaborate set up.

Por isso computadores quânticos precisam de uma configuração tão elaborada.

It’s also why, for now,

E também é por isso que, por enquanto,

the power of quantum computers remains largely theoretical.

o poder dos computadores quânticos permanece, em grande parte, teórico.

So far, we can only control a few qubits in the same place at the same time.

Até agora, pode-se controlar alguns qubits no mesmo lugar ao mesmo tempo.

There are two key components involved

Há dois componentes-chave envolvidos

in managing these fickle quantum states effectively:

efetivamente na gestão desses estados de quantum volúveis:

the types of particles a quantum computer uses,

os tipos de partículas que um computador quantum usa

and how it manipulates those particles.

e como ele manipula essas partículas.

For now, there are two leading approaches:

No momento, há duas abordagens principais:

trapped ions and superconducting qubits.

íons capturados e qubits supercondutores.

A trapped ion quantum computer uses ions as its particles

Um computador quântico com íon capturado usa íons como suas partículas

and manipulates them with lasers.

e os manipula com lasers.

The ions are housed in a trap made of electrical fields.

Os íons são alojados numa armadilha feita de campos elétricos.

Inputs from the lasers tell the ions what operation to make

Entradas de dados dos lasers dizem aos íons qual operação deve ser feita,

by causing the qubit state to rotate on the sphere.

fazendo com que o estado do qubit gire na esfera.

To use a simplified example,

Para usar um exemplo simplificado,

the lasers could input the question:

os lasers poderiam introduzir a pergunta: "Quais são os fatores primos de 15?"

what are the prime factors of 15?

In response, the ions may release photons—

Em resposta, os íons podem liberar fótons,

the state of the qubit determines whether the ion emits photons

o estado do qubit determina se o íon emite fótons,

and how many photons it emits.

e quantos fótons ele emite.

An imaging system collects these photons and processes them to reveal the answer:

Um sistema de imagem coleta esses fótons e os processa para revelar a resposta:

3 and 5.

três e cinco.

Superconducting qubit quantum computers do the same thing in a different way:

Computadores quânticos supercondutores de qubit fazem o mesmo de modo diferente,

using a chip with electrical circuits instead of an ion trap.

usando um chip com circuitos elétricos em vez de uma armadilha de íons.

The states of each electrical circuit translate to the state of the qubit.

Os estados de cada circuito elétrico traduzem para o estado do qubit.

They can be manipulated with electrical inputs in the form of microwaves.

Eles podem ser manipulados com entradas elétricas sob a forma de micro-ondas.

So: the qubits come from either ions or electrical circuits,

Então, os qubits vêm de íons ou circuitos elétricos,

acted on by either lasers or microwaves.

acionados por lasers ou micro-ondas.

Each approach has advantages and disadvantages.

Cada abordagem tem vantagens e desvantagens.

Ions can be manipulated very precisely,

Íons podem ser manipulados com muita precisão,

and they last a long time,

e eles duram por muito tempo,

but as more ions are added to a trap,

mas conforme mais íons são adicionados a uma armadilha,

it becomes increasingly difficult to control each with precision.

torna-se cada vez mais difícil controlar cada um com precisão.

We can’t currently contain enough ions in a trap to make advanced computations,

Atualmente, não se pode conter íons suficientes numa armadilha

para fazer cálculos avançados,

but one possible solution might be to connect many smaller traps

mas uma solução possível pode ser conectar muitas armadilhas menores

that communicate with each other via photons

que se comuniquem entre si via fótons,

rather than trying to create one big trap.

em vez de tentar criar uma armadilha grande.

Superconducting circuits, meanwhile, make operations much faster than trapped ions,

Enquanto isso, circuitos supercondutores fazem operações bem mais rápidas

do que íons capturados,

and it’s easier to scale up the number of circuits in a computer

e é mais fácil aumentar o número de circuitos num computador

than the number of ions.

do que o número de íons.

But the circuits are also more fragile,

Mas os circuitos também são mais frágeis

and have a shorter overall lifespan.

e têm vida útil mais curta.

And as quantum computers advance,

E conforme computadores quânticos avançam,

they will still be subject to the environmental constraints

eles ainda estarão sujeitos às restrições ambientais

needed to preserve quantum states.

necessárias para preservar estados quânticos.

But in spite of all these obstacles,

Mas apesar de todos esses obstáculos,

we’ve already succeeded at making computations

já é possível fazer cálculos em um campo

in a realm we can’t enter or even observe.

no qual não se pode entrar ou nem mesmo observar.