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

Tradutor: Ana Sofia Ferreira Revisora: Margarida Ferreira

The contents of this metal cylinder could either revolutionize technology

O conteúdo deste cilindro metálico 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 de conseguirmos explorar a estranha física da matéria

at very, very small scales.

em escalas muito, muito pequenas.

To have even a chance of doing so,

Para termos sequer a hipótese de o fazer,

we have to control the environment precisely:

temos de controlar o ambiente de forma precisa:

the thick tabletop and legs guard against vibrations from footsteps,

a grossura do tampo e das pernas protegem das vibrações dos nossos passos,

nearby elevators, and opening or closing doors.

dos elevadores próximos e das portas a abrir ou a fechar.

The cylinder is a vacuum chamber,

O cilindro é uma câmara de vácuo,

devoid of all the gases in air.

desprovida de todos os gases do ar.

Inside the vacuum chamber is a smaller,

Dentro da câmara de vácuo há um compartimento

extremely cold compartment, reachable by tiny laser beams.

mais pequeno e extremamente frio, alcançável por raios laser minúsculos.

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

Lá dentro estão partículas ultrassensíveis que constituem um computador quântico.

So what makes these particles worth the effort?

O que faz com que estas partículas valham todo este esforço?

In theory, quantum computers could outstrip the computational limits

Em teoria, os computadores quânticos podem superar os limites computacionais

of classical computers.

dos computadores clássicos.

Classical computers process data in the form of bits.

Os computadores clássicos processam a informação na forma de bits.

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

Cada bit pode variar entre dois estados: zero ou um.

A quantum computer uses something called a qubit,

Um computador quântico usa uma coisa chamada qubit,

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

que pode variar entre zero, um e aquilo a que chamamos sobreposição.

While the qubit is in its superposition,

Quando o qubit está na sua sobreposição,

it has a lot more information than one or zero.

tem muito mais informação do que um ou zero.

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

Também podemos pensar nestas 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 variar entre estes dois polos,

but when a qubit is in its superposition,

mas quando um qubit está na sua sobreposição,

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 torna-se num zero ou num um.

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

Mas apesar de não conseguirmos observar o qubit na sua sobreposição,

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

podemos manipulá-lo para desempenhar determinadas operações

enquanto está nesse estado.

So as a problem grows more complicated,

Assim, se um problema se torna mais complicado,

a classical computer needs correspondingly more bits to solve it,

um computador clássico precisa de mais bits para o resolver,

while a quantum computer will theoretically be able to handle

enquanto um computador quântico, teoricamente,

conseguirá resolver problemas cada vez mais complicados

more and more complicated problems

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

sem precisar de qubits a mais como um computador clássico precisaria.

The unique properties of quantum computers

As propriedades únicas dos computadores quânticos

resultam do comportamento de partículas atómicas e subatómicas.

result from the behavior of atomic and subatomic particles.

These particles have quantum states,

Essas partículas têm estados quânticos,

which correspond to the state of the qubit.

que correspondem ao estado do qubit.

Quantum states are incredibly fragile,

Os estados quânticos são extremamente frágeis,

easily destroyed by temperature and pressure fluctuations,

facilmente destruídos por oscilações de temperatura e pressão,

stray electromagnetic fields,

pelos campos magnéticos

and collisions with nearby particles.

e por colisões com partículas próximas.

É por isso que os computadores quânticos precisam duma configuração tão elaborada.

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

It’s also why, for now,

É também por isso, por enquanto,

the power of quantum computers remains largely theoretical.

que o poder dos computadores quânticos permanece largamente teórico.

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

Até agora, só podemos controlar alguns qubits ao mesmo tempo no mesmo espaço.

There are two key components involved

Há dois componentes essenciais envolvidos

in managing these fickle quantum states effectively:

na gestão eficaz dos estados quânticos inconstantes:

the types of particles a quantum computer uses,

os tipos de partículas que um computador quântico usa

and how it manipulates those particles.

e como ele manipula essas partículas.

For now, there are two leading approaches:

Até agora, há duas grandes abordagens:

trapped ions and superconducting qubits.

iões presos e qubits supercondutores.

A trapped ion quantum computer uses ions as its particles

Um computador quântico de iões presos usa iões como partículas

and manipulates them with lasers.

e manipula-os com lasers.

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

Os iões são alojados numa teia de campos elétricos.

Inputs from the lasers tell the ions what operation to make

Os dados dos lasers dizem aos iões que operações desempenhar

by causing the qubit state to rotate on the sphere.

fazendo com que o estado do qubit rode na esfera.

To use a simplified example,

Para usar um exemplo simples

the lasers could input the question:

se os lasers fizerem a pergunta:

what are the prime factors of 15?

“quais são os fatores primos de 15?”

In response, the ions may release photons—

em resposta, os iões podem libertar fotões,

the state of the qubit determines whether the ion emits photons

o estado do qubit determina se o ião emite fotões

e quantos fotões emite.

and how many photons it emits.

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

Um sistema de imagem recolhe esses fotões e processa-os para revelar a resposta:

3 and 5.

“3 e 5”.

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

Os computadores de qubits supercondutores fazem o mesmo, mas 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 iões.

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

Os estados de cada circuito elétrico traduzem-se no estado do qubit.

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

Podem ser manipulados com estímulos elétricos na forma de micro-ondas.

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

Portanto: os qubits vêm ou de iões ou de circuitos elétricos,

acted on by either lasers or microwaves.

acionados por lasers ou micro-ondas.

Each approach has advantages and disadvantages.

Cada modelo tem vantagens e desvantagens.

Ions can be manipulated very precisely,

Os iões podem ser manipulados de forma muito precisa,

and they last a long time,

e duram muito tempo,

but as more ions are added to a trap,

mas quantos mais iões acrescentarmos a uma teia,

it becomes increasingly difficult to control each with precision.

mais difícil será controlar cada um deles com precisão.

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

Não podemos ter iões suficientes numa teia para fazer cálculos avançados,

but one possible solution might be to connect many smaller traps

mas uma solução possível pode ser conectar várias teias mais pequenas

that communicate with each other via photons

que comunicam umas com as outras através de fotões

rather than trying to create one big trap.

em vez de tentar criar uma grande teia.

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

Os circuitos supercondutores, por sua vez, fazem operações muito mais rapidamente

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

e é mais fácil ampliar o número de circuitos num computador

than the number of ions.

do que o número de iões.

But the circuits are also more fragile,

Mas os circuitos também são mais frágeis

and have a shorter overall lifespan.

e têm um tempo de vida mais curto.

And as quantum computers advance,

E à medida que os computadores quânticos evoluem,

they will still be subject to the environmental constraints

vão continuar a estar sujeitos aos constrangimentos ambientais

needed to preserve quantum states.

necessários para preservar os estados quânticos.

But in spite of all these obstacles,

Mas, apesar de todos estes obstáculos,

we’ve already succeeded at making computations

já conseguimos fazer operações informáticas

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

num domínio onde não podemos entrar nem sequer observar.