A máquina que poderá mudar o mundo ficará instalada em uma sala que parece uma mistura de data center com fábrica de sorvetes. Dentro dela, haverá cerca de 100 gabinetes de aço inoxidável, cada um com aproximadamente 1,83 metro de altura e conectado a um suprimento de hélio líquido que os mantém apenas alguns graus acima do zero absoluto. Dentro desses gabinetes, haverá centenas de chips e, sobre eles, milhares de partículas de luz voando por um labirinto de comutadores ópticos (dispositivos que encaminham partículas de luz) e divisores de feixe. Cada fóton precisará ser contabilizado, porque medir com precisão onde ele termina ajudará a responder a perguntas que os computadores atuais poderiam levar milhões de anos para resolver.
Esse computador, tal como descrito, não existe. Ele é criação de uma empresa chamada PsiQuantum, fundada em 2016 por quatro físicos de universidades do Reino Unido. Em um campo lotado de concorrentes com muitos recursos e visões igualmente fantásticas, a empresa pretende ser a primeira a cumprir sua promessa.
Desde que o físico Richard Feynman os imaginou pela primeira vez, em 1981, os computadores quânticos prometem acelerar tudo, da pesquisa médica à Inteligência Artificial, aproveitando as propriedades das partículas quânticas. Ao contrário dos bits de computadores comuns, que podem ser 1 ou 0, os bits quânticos podem existir em vários estados ao mesmo tempo. E combinar uma quantidade suficiente desses bits quânticos poderia produzir um computador capaz de realizar tarefas muito além do alcance das máquinas convencionais atuais. Mas até mesmo os melhores protótipos quânticos de hoje são pequenos demais e propensos a erros demais para fazer algo útil.
Isso torna ainda mais ousadas as promessas da PsiQuantum sobre o que seus computadores poderão fazer. Considere as expectativas da empresa quanto à previsão dos efeitos das enzimas do citocromo P450, que frequentemente decompõem medicamentos no organismo. Se as empresas farmacêuticas soubessem com mais precisão como elas agiriam sobre determinada molécula, poderiam desenvolver medicamentos mais eficazes com maior rapidez. Estimar isso para um medicamento específico pode levar mais de 10 anos com os métodos atuais, afirma Philipp Ernst, vice-presidente de aplicações quânticas da PsiQuantum, mas “pretendemos reduzir esse tempo para quatro minutos”.
Em um setor repleto de alegações desse tipo, a PsiQuantum atraiu investimentos e análises minuciosas por duas razões: é uma das poucas empresas que buscam diretamente construir uma máquina grande e útil e já trabalha com uma importante fabricante de chips para desenvolver sistemas utilizando fábricas de semicondutores existentes. Sua visão ganhou impulso. No ano passado, a PsiQuantum levantou US$ 1 bilhão em financiamento e iniciou as obras de uma unidade em Chicago, construída em parceria com governos locais. A empresa também prepara uma segunda unidade na Austrália, que promete estar operacional, isto é, pronta para receber o hardware, em 2027. Além disso, é uma de apenas duas empresas (a outra é a Microsoft) a chegar à terceira etapa de um intenso programa governamental de avaliação destinado a verificar quais empresas de computação quântica podem ter sucesso.
Avaliar se a PsiQuantum fará o que promete é mais difícil do que, por exemplo, julgar uma fabricante de medicamentos pelos resultados de seus ensaios clínicos. Os avanços na computação quântica são graduais, pouco transparentes e difíceis de verificar externamente. Mas a empresa agora se aproxima do momento de provar sua capacidade, quando anos de trabalho a portas fechadas e centenas de milhões em investimentos culminarão em um computador quântico útil ou ficarão aquém do prometido. Podemos começar a descobrir qual será o resultado já no próximo ano.
Um novo tipo de máquina
Terry Rudolph, um dos quatro fundadores da PsiQuantum, fala de maneira calma e tem os cabelos desgrenhados. Ele nasceu no Malawi, no sudeste da África, e só descobriu, depois de obter seu primeiro diploma em física, que era neto do célebre físico Erwin Schrödinger. Mais tarde, publicou por conta própria um livro de 150 páginas para explicar computação quântica a adolescentes. Dando uma piscadela, meu contato de relações públicas me entregou um exemplar autografado que dizia: “Nunca esperamos que alguém realmente leia isto”, mas posso afirmar que o livro é divertido e útil.
Por volta de 2014, Rudolph e seus cofundadores ficaram cada vez mais convencidos de que os avanços quânticos que consideravam possíveis em teoria também poderiam ser viáveis em uma máquina real. Por fim, deixaram os cargos acadêmicos e dividiram entre si as tarefas que tinham pela frente: Rudolph trabalharia na teoria, Mark Thompson na engenharia, Pete Shadbolt na ampliação da tecnologia e Jeremy O’Brien na apresentação da visão e na busca por investidores. O’Brien ocupou o cargo de CEO até fevereiro, quando foi substituído por Victor Peng, veterano da indústria de semicondutores.
Para compreender por que o computador quântico que a empresa está construindo seria tão importante, considere o quanto a ciência moderna ainda é imprecisa. Não conseguimos prever de maneira confiável, por exemplo, qual bateria de íons de lítio pegará fogo ou com que rapidez um componente essencial de uma aeronave sofrerá corrosão.
Isso não acontece apenas porque esses sistemas são complexos, embora sejam. O problema é que, em sua essência, eles são regidos pela mecânica quântica. As partículas subatômicas não possuem propriedades bem definidas, como esta localização e aquela velocidade, mas ocupam estados quânticos distribuídos entre muitas possibilidades. Isso, por sua vez, influencia uma série de comportamentos atômicos e moleculares. Schrödinger, avô de Rudolph, vale lembrar, demonstrou, há exatamente um século, como descrever matematicamente essa indeterminação, mas realizar com precisão os cálculos em sistemas do mundo real torna-se rapidamente inviável, até mesmo para os melhores computadores. Os cientistas lidam com essa lacuna recorrendo a aproximações, simulações imperfeitas ou experimentos com animais.
Feynman, David Deutsch e outros físicos, na década de 1980, questionaram se seria possível fazer melhor. Talvez essa complexidade pudesse ser modelada com um novo tipo de máquina. Em vez de utilizar transistores que estão sempre ligados ou desligados, ela usaria partículas mantidas em estados quânticos, manipulando-as para realizar cálculos e, ao final, medindo-as para obter uma resposta. Utilizar sistemas quânticos para simular sistemas quânticos permitiria, pela primeira vez, uma simulação da física e da química que refletisse diretamente a realidade. Seria uma ferramenta inestimável para desenvolver novos medicamentos, materiais ou praticamente qualquer coisa afetada pela mecânica quântica. Em outras palavras, seria revolucionária.
Os grandes saltos da humanidade na compreensão de como a natureza funciona frequentemente resultaram na invenção de novas e poderosas ferramentas, disse Rudolph. “Não acredito que seja coincidência o fato de a Revolução Industrial ter ocorrido ao mesmo tempo que adquirimos a capacidade de calcular e simular as leis da mecânica newtoniana, as leis da termodinâmica, as leis do eletromagnetismo clássico”, afirma. “Sempre que conquistamos mais capacidade de calcular, simular e compreender as coisas, construímos máquinas incríveis a partir disso.” Ele acredita que algo semelhante acontecerá com os computadores quânticos.
Em busca dos fótons
Um dos grandes mistérios sempre foi descobrir qual elemento quântico (íons, átomos ou algo inteiramente novo, projetado com propriedades quânticas) poderia se tornar estável e controlável o suficiente para ser usado como qubit, a unidade básica do universo da computação quântica. Sistemas quânticos são delicados e observar uma partícula específica faz com que ela colapse para um único estado, em vez de permanecer em uma superposição de vários estados. Quando isso ocorre durante o cálculo e não no final, produz um erro que precisa ser corrigido. Uma quantidade excessiva desses erros impede que o computador produza uma resposta útil.
Assim como os engenheiros dos primórdios da aviação não sabiam se as asas dos aviões seriam fixas ou bateriam como as de um pássaro, ainda não sabemos qual desses elementos quânticos funcionará melhor. Google e IBM apostam em qubits supercondutores, circuitos supercondutores feitos de alumínio ou outros metais. A Intel utiliza elétrons. A PsiQuantum utiliza fótons, as partículas que constituem a luz.
“Os fótons têm muitas características favoráveis”, afirma Rudolph. Eles conseguem manter estados quânticos por longos períodos. De fato, os fótons presentes na radiação cósmica de fundo do Universo podem ter feito isso durante bilhões de anos. Mas os fótons também se movem rapidamente e se dispersam com facilidade. Mais importante ainda, é mais provável que dois fótons atravessem um o outro do que interajam. Isso os torna candidatos desafiadores para a computação quântica, na qual os qubits precisam ter meios de influenciar uns aos outros.
Durante algum tempo, essa falha pareceu condenar a ideia da computação quântica baseada em luz. Mas, em 2001, pesquisadores do Laboratório Nacional de Los Alamos e da Universidade de Queensland encontraram uma brecha. Eles descobriram que poderiam, essencialmente, simular interações entre fótons enviando as partículas de luz por uma rede de divisores de feixe e detectores. O artigo publicado por eles mudou tudo. A PsiQuantum foi criada para transformar essa teoria em realidade.
O tamanho foi o primeiro problema. Os planos anteriores exigiriam um computador do tamanho da Califórnia. Mercedes Gimeno-Segovia, que foi orientanda de doutorado de Rudolph no início da década de 2010, depois de quase se tornar violinista profissional, encontrou uma forma de tornar a máquina menor.
Desde então, o processo básico tem sido o seguinte: primeiro, criar fótons com lasers e depois “emaranhá-los”, aproveitando um fenômeno quântico no qual as partículas deixam de ter estados individuais e passam a compartilhar um único estado. Em seguida, encaminhá-los por um labirinto de portões que realizam cálculos e, por fim, ler os detalhes de seu estado quântico, ao mesmo tempo que os erros ocorridos são rastreados e corrigidos. Realizar cada uma dessas etapas milhões de vezes não é tanto um obstáculo de engenharia quanto uma parede de tijolos. E construir a cadeia de suprimentos, incluindo a fabricação de novos materiais com as propriedades necessárias para conduzir fótons individuais, também é uma tarefa árdua.
Para compreender melhor todo esse processo, no ano passado, acompanhei Shadbolt em uma visita ao Laboratório Nacional de Aceleradores SLAC, em Menlo Park, Califórnia. O centro contribuiu para trabalhos que renderam vários prêmios Nobel e participou da descoberta, em 1968, dos quarks, componentes fundamentais da matéria que formam prótons e nêutrons. Mas a PsiQuantum se instalou ali, essencialmente, para extrair hélio líquido da gigantesca usina criogênica do SLAC. É isso que a empresa utiliza para resfriar gabinetes de computação a temperaturas semelhantes às do espaço profundo.
Atualmente, os gabinetes operam a 2 graus Kelvin, ou –271,15 ºC, mas o objetivo é fazê-los funcionar em uma temperatura ligeiramente mais alta, a –269 °C. A maioria das abordagens quânticas exige que a máquina inteira seja resfriada a temperaturas de supercondutividade, de modo que grande parte do custo de operação seja destinada à refrigeração. Mas os computadores fotônicos (usam luz, formada por fótons, para transportar e processar informações) exigem que apenas um componente fique tão frio: os detectores que medem fótons individuais ao final do cálculo. Além disso, a temperatura necessária pode ser um pouco mais alta. Em maio, a PsiQuantum afirmou que gastará, nesses detectores, parte dos US$ 100 milhões em financiamento que deve receber da Lei CHIPS (legislação federal dos EUA, de agosto de 2022, que cria incentivos para as indústrias de semicondutores e chips).
O sistema de extração era uma solução temporária. A PsiQuantum, agora, possui o próprio sistema de refrigeração em sua unidade de testes em Milpitas, Califórnia, e, no próximo ano, instalará um sistema maior na unidade de produção da Austrália. Esses sistemas de hélio representam algumas das maiores despesas de capital de qualquer empresa de computação quântica e consumirão uma parcela significativa da rodada de financiamento de US$ 1 bilhão da PsiQuantum.
À tarde, fomos de carro até um laboratório em San José, onde vesti um traje para sala limpa, uma cobertura da cabeça aos pés que impede a entrada de poeira, para acompanhar a fabricação de um cristal azulado chamado titanato de bário.
O material é valioso para a PsiQuantum, porque conduz partículas de luz de maneira rápida e confiável, utilizando pouquíssima energia elétrica e mantendo os preciosos fótons intactos enquanto percorrem o circuito. Mas, apesar de todo o valor teórico do titanato de bário para a empresa, sua estrutura torna a fabricação difícil, e o material não estava disponível em grande escala quando a PsiQuantum começou. Em uma decisão que Rudolph descreveu como angustiante, a empresa optou por produzi-lo internamente, o que exigiu um investimento enorme. Observei um técnico, trabalhando em algo semelhante a uma gigantesca panela de pressão, adicionar os elementos básicos a vários recipientes. Depois, acompanhei por uma pequena janela enquanto os elementos eram aquecidos, vaporizados e finalmente cristalizados em uma camada fina sobre um disco de wafer. Na época, cada disco levava cerca de 12 horas para ser produzido. Atualmente, a empresa afirma fabricar vários deles por dia. Em seguida, os discos são enviados à fabricante de chips GlobalFoundries, em Malta, no estado de Nova York, onde os chips da PsiQuantum são produzidos.
A aposta da PsiQuantum é que toda essa cadeia de suprimentos, por mais intrincada que pareça, tornará a empresa mais eficiente do que as concorrentes. Isso acontece porque, observada de determinada maneira, ela se assemelha a uma versão aprimorada e de alta precisão da cadeia de suprimentos já existente para chips fotônicos de silício, outro tipo de tecnologia que transmite informações por meio da luz e que já é utilizado em data centers. Caso a PsiQuantum produza seus chips em escala, poderá aproveitar ferramentas e infraestruturas que já existem.
Mas não há garantia de que um chip funcional possa ser facilmente conectado a milhares de outros. É por isso que a empresa realiza testes em etapas. Sua unidade em Milpitas conectou três gabinetes, cada um com 250 chips, mas o próximo passo será ampliar os sistemas e verificar se as técnicas da empresa para correção de erros conseguem acompanhar o crescimento. Quando o sistema de refrigeração chegar à unidade australiana, no fim do próximo ano, a empresa afirma que pretende conectar cerca de 100 gabinetes. Depois disso, a PsiQuantum começará a avançar em direção à execução dos algoritmos capazes de mudar o mundo, como prometeu.
Vale destacar que o cronograma para isso é motivo de debate. Reportagens afirmaram que 2027 seria o ano em que a PsiQuantum pretendia colocar em funcionamento seu primeiro computador quântico de escala completa na unidade australiana, mas a empresa insiste que o prazo foi interpretado incorretamente e que pretende apenas tornar a instalação “operacional” até o fim do próximo ano. Isso significa ter os sistemas de refrigeração instalados e prontos para receber o hardware, mas sem promessas sobre o tamanho do computador que estará disponível. Em um setor no qual os cronogramas mudam constantemente, embora sejam fundamentais para avaliar as empresas, essa distinção não é trivial.
Rumo ao desconhecido
A entidade externa que talvez tenha a melhor estimativa sobre as chances de sucesso da PsiQuantum é o Pentágono. A Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa dos Estados Unidos, a Darpa, braço de pesquisa e desenvolvimento do Pentágono, conduz uma iniciativa para determinar quais das empresas de computação quântica que fazem grandes promessas poderão realmente entregar resultados. Nos últimos 18 meses, os responsáveis pelo programa demonstraram estar mais confiantes. Joe Altepeter, que comandou o programa até o ano passado e se descrevia com orgulho como um “cético da computação quântica”, disse em março de 2025: “Estou mais otimista agora do que estive em qualquer momento dos últimos 10 anos”. E em uma declaração feita no início deste ano, seu sucessor, Micah Stoutimore, afirmou que “agora parece provável que alguém construa um computador quântico em escala de utilidade até 2033”, referindo-se a uma máquina capaz de gerar, por meio de cálculos, mais valor do que custa para ser construída e operada.
O programa analisa os sistemas da PsiQuantum desde 2023 e, no ano passado, colocou a empresa na terceira etapa de uma iniciativa de avaliação comparativa destinada a determinar se a tecnologia realmente funcionará. Para o restante do setor, porém, a PsiQuantum é uma espécie de caixa-preta.
“É muito difícil para alguém de fora avaliar”, afirma Scott Aaronson, cientista da computação teórica da Universidade do Texas em Austin, que mantém um blog popular sobre o setor. Outras empresas, como Google e Quantinuum, publicam regularmente, há anos, resultados que demonstram melhorias graduais em chips e sistemas, revelando publicamente as bases de engenharia necessárias para, no futuro, construir grandes máquinas.
A PsiQuantum, por outro lado, concentrou-se diretamente em um objetivo comercial, um computador com um milhão de qubits, escala que os pesquisadores esperam que permita realizar estudos atualmente impossíveis em computadores comuns. A PsiQuantum costuma se diferenciar por essa meta em escala industrial, mas a IBM, que apresentou um roteiro de desenvolvimento em 2020, vem construindo sistemas cada vez maiores. Inicialmente, estabeleceu 2028 como prazo para um sistema de grande escala com correção de erros, prazo que agora parece ter sido adiado para 2030.
Tornando o computador útil
Além de construir efetivamente a máquina, uma das principais prioridades da PsiQuantum é fazer com que o restante do mundo desenvolva um plano para utilizá-la. A empresa anunciou parcerias com clientes, como a gigante da defesa Lockheed Martin, que pretende usá-la no desenvolvimento de materiais; a montadora Mercedes, que deseja aplicá-la ao projeto de baterias; e a fabricante aeroespacial Airbus.
Segundo Ernst, da PsiQuantum, o fato de essas empresas ainda não terem um computador para testar não é um problema. “Provavelmente haverá um PlayStation 6 da Sony no próximo ano ou no seguinte, e as pessoas já estão programando esses jogos”, afirma. “Em princípio, isso é muito semelhante.” A analogia é um pouco superficial, mas não totalmente vazia. Os algoritmos quânticos necessários para resolver um problema de pesquisa podem ser desenvolvidos mesmo que ainda não exista hardware para executá-los.
A ideia é que especialistas em informação quântica, tanto da PsiQuantum quanto de seus clientes, consigam traduzir problemas de projeto, como os requisitos de uma bateria para um veículo elétrico da Mercedes, em algoritmos que o computador poderia resolver. A empresa oferece um pacote de software chamado Construct, que permite às empresas projetar seus próprios algoritmos para, talvez um dia, serem executados no computador.
O futuro da computação quântica depende desses algoritmos. Os computadores quânticos costumam ser apresentados como uma forma de acelerar tudo, mas, na realidade, são adequados a um subconjunto de problemas. Responder a uma pergunta com esse tipo de máquina exige que ela seja formulada por meio de tipos de algoritmos muito específicos. Há pessoas que dedicam carreiras inteiras ao desenvolvimento desses algoritmos, mesmo que os computadores necessários para executá-los ainda não existam. Na essência, eles utilizam as regras da mecânica quântica para manipular probabilidades de maneiras que computadores comuns não conseguem.
O exemplo mais famoso e uma das razões pelas quais o governo demonstra tanto interesse nos computadores quânticos é o algoritmo de Shor. Desenvolvido em 1994 pelo cientista da computação teórica Peter Shor, ele poderia quebrar de maneira eficaz muitas das formas de criptografia utilizadas na Internet, protegendo desde números de cartão de crédito até informações de inteligência militar. O que mantém o mundo funcionando, por enquanto, é o fato de ninguém possuir um computador capaz de executar o algoritmo. Especialistas em segurança já estão implementando novos métodos de criptografia que poderiam resistir a ataques realizados por computadores quânticos. A PsiQuantum pesquisa quanto tempo seus sistemas levariam para executar o algoritmo de Shor.
Em dezembro, a empresa também publicou um artigo em colaboração com a Airbus, buscando verificar se um novo algoritmo desenvolvido pelos autores poderia superar um computador clássico na modelagem da dinâmica dos fluidos, como a turbulência em torno da asa de uma aeronave. Andrew Childs, especialista em simulação quântica, disse que a PsiQuantum obteve apenas um aumento moderado de velocidade em relação ao que os computadores atuais conseguem fazer. “É pouco provável que acelerações como essa tenham um impacto prático significativo até que tenhamos computadores quânticos de escala muito grande”, afirmou por e-mail. Quando perguntei a Ernst, ele concordou que a melhoria havia sido modesta.
Alguns dos algoritmos nos quais a PsiQuantum trabalha não deverão ser aperfeiçoados, ou sequer utilizados, nas primeiras aplicações de seu computador. Em vez disso, as tarefas iniciais talvez estejam mais próximas daquilo que Feynman imaginou em 1981: simular as menores partículas do nosso mundo.
A pesquisa mais significativa da empresa nessa área está relacionada à modelagem da química quântica. Considere novamente as problemáticas enzimas P450, que citei no início. Segundo a PsiQuantum, compreender com maior precisão como elas funcionam permitiria acelerar o desenvolvimento e os testes de medicamentos.
No ano passado, a PsiQuantum publicou métodos para realizar esse tipo de cálculo químico em um computador quântico, além de outro artigo demonstrando um algoritmo capaz de simular a colisão entre duas moléculas e estimar, femtossegundo a femtossegundo, a probabilidade de diferentes resultados. Há um quatrilhão de femtossegundos em um segundo. Trata-se de um nível extraordinário de detalhamento, atualmente impossível com a tecnologia disponível, que permitiria a pesquisadores das áreas farmacêutica e de materiais simular novas interações químicas.
Dominic Berry, que desenvolveu algumas das principais técnicas utilizadas no artigo sobre colisões, mas não participa da PsiQuantum, afirma que a empresa realizou melhorias impressionantes. No entanto, para executar as simulações que mais despertam a curiosidade dos cientistas, seria necessário tornar o algoritmo ainda mais rápido, além de fazer com que o primeiro computador da PsiQuantum apresentasse menos erros do que se espera atualmente.
Até que os computadores da PsiQuantum estejam em funcionamento, os avanços sugeridos por esses artigos científicos permanecerão no campo da teoria. É um ambiente no qual Rudolph trabalha com bastante conforto. Ele me disse que Alan Turing criou a teoria da computação clássica com papel e caneta, imaginando como os números 1 e 0 seriam representados na máquina e como, com a abordagem lógica correta, seria possível calcular praticamente qualquer coisa.
“Mas não havia nenhuma possibilidade de Turing produzir à mão, com papel e caneta, algo como, você sabe, Minecraft e Facebook”, afirma. Foram necessários mais de 70 anos de experimentação, durante os quais, felizmente, criamos coisas mais úteis que Minecraft e Facebook.
Em outras palavras, apesar de todo o tempo que Rudolph passa imaginando o que os computadores quânticos poderão fazer, as pessoas que trabalham nesses problemas ainda estão limitadas, por enquanto, ao papel e à caneta: “Até que você tenha a máquina real em mãos, não terá a oportunidade de explorar verdadeiramente seu potencial”.
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