Brasil começa a construir sua própria base para a computação quântica
A computação quântica costuma ser apresentada como uma tecnologia distante, cercada por laboratórios altamente especializados e equipamentos que parecem pertencer a um futuro ainda indefinido.
No Brasil, porém, uma parte importante dessa tecnologia começou a ganhar forma dentro de um laboratório da Universidade de São Paulo.
Pesquisadores do Instituto de Física de São Carlos da USP conseguiram, pela primeira vez no país, aprisionar íons frios utilizando uma armadilha construída em território nacional.
O resultado não é um computador quântico pronto. É algo mais fundamental: a conquista de uma das etapas necessárias para construir um.
O que aconteceu dentro do laboratório
O experimento foi desenvolvido pelo grupo do IFSC-USP liderado pelo pesquisador Amilson Rogelso Fritsch, com apoio da FAPESP por meio do programa QuTIa, voltado ao desenvolvimento de competências em tecnologias quânticas.
O sistema utiliza íons de estrôncio e uma estrutura conhecida como Armadilha de Paul.
A tecnologia utiliza campos elétricos oscilantes para manter partículas eletricamente carregadas confinadas em uma região extremamente pequena.
Em outras palavras, os pesquisadores conseguiram criar uma espécie de “gaiola invisível” feita de campos elétricos.
A armadilha opera com um campo que oscila aproximadamente 18 milhões de vezes por segundo.
Essa variação extremamente rápida impede que os íons acompanhem individualmente as mudanças do campo, fazendo com que o movimento médio das partículas permaneça concentrado na região central da armadilha.
Na direção longitudinal, outro campo elétrico impede que os íons escapem pelas extremidades.
O resultado é uma pequena cadeia de partículas carregadas, separadas por apenas alguns micrômetros.
Por que prender um átomo é tão importante
Para quem observa de fora, manter uma partícula presa dentro de um laboratório pode parecer apenas uma demonstração de física experimental.
Na computação quântica, porém, esse controle é uma das bases do processo.
Um computador quântico precisa manipular unidades de informação chamadas qubits.
No sistema desenvolvido em São Carlos, o próprio íon pode funcionar como suporte físico para essa informação.
Estados internos específicos da partícula podem representar diferentes estados quânticos.
O desafio começa justamente antes de qualquer cálculo: é preciso conseguir controlar a partícula com precisão suficiente para escrever, manipular e ler informação.
Se o íon se movimentar de maneira descontrolada ou sofrer interferências externas, o estado quântico que contém a informação pode ser perdido ou perturbado.
Por isso, aprisionar e controlar essas partículas não é uma etapa secundária.
É parte da própria infraestrutura necessária para transformar fenômenos quânticos em processamento de informação.
Do íon ao qubit
A diferença entre um computador convencional e um computador quântico começa na unidade básica de informação.
Computadores tradicionais trabalham com bits, representados por estados 0 ou 1.
Um qubit também pode representar esses estados, mas possui propriedades quânticas que permitem preparar o sistema em uma superposição deles.
Isso não significa simplesmente armazenar 0 e 1 ao mesmo tempo como se fossem dois valores convencionais.
A superposição permite manipular probabilidades quânticas de maneira controlada, criando possibilidades que não existem na computação clássica.
Quando vários qubits são combinados, outra propriedade entra em cena: o emaranhamento.
Partículas emaranhadas passam a apresentar correlações quânticas que permitem que o sistema seja tratado como um conjunto.
É justamente essa combinação entre superposição, emaranhamento e operações cuidadosamente controladas que permite construir algoritmos quânticos.
O papel dos lasers
Prender os íons é apenas uma parte do problema.
O próximo desafio é controlá-los.
Para isso, o experimento brasileiro utiliza lasers capazes de interagir com as partículas individualmente.
Os íons precisam primeiro ser fortemente resfriados.
No sistema desenvolvido pelo IFSC-USP, lasers reduzem a agitação das partículas a níveis correspondentes a temperaturas inferiores a um milikelvin.
O objetivo não é apenas deixar o sistema extremamente frio, mas reduzir o movimento dos íons até próximo de seu estado quântico fundamental.
Com os íons suficientemente controlados, os lasers podem ser utilizados para alterar seus estados internos, realizar operações e, futuramente, estabelecer as condições necessárias para criar e manipular qubits.
O estrôncio também possui características interessantes para esse processo porque apresenta diferentes transições eletrônicas que podem ser utilizadas tanto no resfriamento e detecção quanto na manipulação da informação.
A armadilha foi construída no Brasil
Existe outro aspecto importante nesse avanço.
A armadilha utilizada no experimento foi construída inteiramente no Brasil e instalada em um laboratório do IFSC-USP.
Isso significa que o projeto não representa apenas a utilização de uma tecnologia importada.
O país está começando a desenvolver internamente uma competência experimental necessária para trabalhar com uma das principais arquiteturas da computação quântica.
A equipe já possuía experiência em áreas relacionadas, como resfriamento e aprisionamento de átomos neutros, além de infraestrutura envolvendo lasers, óptica e sistemas de vácuo.
Essa base ajudou a acelerar a construção do novo sistema.
O projeto começou em dezembro de 2024 e, cerca de 18 meses depois, chegou ao primeiro resultado concreto: produzir, aprisionar e observar os íons de estrôncio.
Isso já é um computador quântico?
Não.
E essa diferença é importante.
Aprisionar íons é uma etapa necessária para uma arquitetura de computação quântica, mas não significa que o Brasil já tenha um computador quântico completo.
Ainda são necessárias diversas etapas para transformar a armadilha em uma plataforma de processamento.
Entre elas estão a manipulação controlada dos estados quânticos, a realização de operações sobre os qubits, a criação de emaranhamento e o desenvolvimento dos sistemas necessários para leitura e controle da informação.
A expectativa dos pesquisadores é avançar para a manipulação dos íons como qubits e realizar as primeiras operações de processamento quântico nos próximos meses.
Por que isso importa para o Brasil
A computação quântica é uma área estratégica porque envolve uma cadeia tecnológica muito maior do que simplesmente construir uma máquina.
Ela reúne física, óptica, lasers, eletrônica, materiais, sistemas de vácuo, controle experimental, software, algoritmos e ciência da informação.
Dominar essas etapas significa desenvolver conhecimento que pode permanecer dentro do país.
A importância do experimento está tanto no que ele já permite fazer quanto na capacidade tecnológica que começa a ser construída ao redor dele.
O Brasil já possui grupos de pesquisa atuando em diferentes áreas das tecnologias quânticas.
Em São Carlos, a USP também estruturou iniciativas específicas para ampliar essa capacidade, incluindo um núcleo de excelência dedicado às ciências e tecnologias quânticas.
A estratégia é reunir pesquisadores, infraestrutura e competências que possam acelerar o desenvolvimento nacional da área.
Uma tecnologia que não pretende substituir todos os computadores
Existe uma ideia recorrente de que computadores quânticos seriam simplesmente versões muito mais rápidas dos computadores atuais.
Não é assim.
A vantagem quântica não se aplica automaticamente a qualquer problema.
O potencial está concentrado em determinadas classes de problemas nos quais fenômenos como superposição e emaranhamento podem ser explorados de maneira eficiente.
Entre as possibilidades estão simulações de átomos e moléculas, desenvolvimento de novos materiais, descoberta de medicamentos, otimização e determinados problemas matemáticos e científicos.
Isso significa que computadores quânticos provavelmente não substituirão os computadores convencionais.
Eles deverão atuar de maneira complementar, resolvendo determinados problemas para os quais máquinas clássicas são menos adequadas.
O que pode vir depois
A captura dos íons é apenas o começo de uma sequência muito maior.
O próximo passo é transformar as partículas aprisionadas em unidades controláveis de informação.
Depois, será necessário realizar operações quânticas cada vez mais precisas.
Em seguida, será possível trabalhar com cadeias maiores de íons e explorar operações envolvendo múltiplos qubits.
O verdadeiro salto acontecerá quando o laboratório conseguir transformar controle físico em processamento quântico reproduzível.
Esse processo pode levar tempo.
A computação quântica ainda enfrenta desafios importantes relacionados a estabilidade, controle, escalabilidade, correção de erros e fidelidade das operações.
Mas cada uma dessas etapas depende de competências que precisam ser desenvolvidas antes que sistemas maiores possam existir.
O Brasil começa a ocupar uma posição diferente
Durante muito tempo, falar em computação quântica no Brasil significava principalmente acompanhar pesquisas realizadas nos grandes centros internacionais ou utilizar recursos disponibilizados por plataformas estrangeiras.
O experimento do IFSC-USP adiciona outra possibilidade.
O país começa a desenvolver sua própria infraestrutura experimental em uma das arquiteturas mais relevantes da computação quântica.
Isso não coloca o Brasil imediatamente na liderança da área.
Também não significa que exista, neste momento, uma máquina nacional competitiva com os maiores computadores quânticos do mundo.
Mas cria uma capacidade que antes não estava disponível no país.
E essa capacidade pode ser acumulada.
Conhecimento gera novos experimentos.
Novos experimentos geram novas competências.
Novas competências permitem desenvolver equipamentos, técnicas e sistemas mais complexos.
A verdadeira revolução começa antes do computador
A imagem popular da computação quântica costuma ser a de uma máquina futurista capaz de resolver problemas impossíveis em poucos segundos.
Na prática, a revolução começa em uma escala muito menor.
Começa com uma partícula.
Depois, duas.
Depois, uma cadeia.
Depois, o controle individual.
Depois, os qubits.
Depois, as operações.
E somente então aparecem os sistemas capazes de executar algoritmos quânticos úteis.
O Brasil acaba de avançar justamente em uma dessas primeiras etapas.
O que aconteceu no IFSC-USP pode parecer pequeno quando comparado ao tamanho das promessas associadas à computação quântica.
Mas é exatamente esse tipo de avanço experimental que transforma uma tecnologia teórica em uma possibilidade tecnológica concreta.
A armadilha de íons não é o computador quântico brasileiro.
É uma das peças que podem permitir que ele exista no futuro.
O próximo passo está dentro da armadilha
A partir do sucesso no confinamento dos íons, a pesquisa entra em uma fase ainda mais interessante.
Agora, o desafio passa a ser controlar essas partículas como unidades de informação.
Manipular.
Resfriar.
Medir.
Emaranhar.
Processar.
Se essas etapas forem bem-sucedidas, o Brasil terá dado um passo que vai muito além de reproduzir conhecimento: terá começado a construir uma competência própria para participar da próxima geração da computação.
A tecnologia quântica ainda está longe de fazer parte do computador sobre a mesa de trabalho.
Mas, em um laboratório de São Carlos, uma pequena cadeia de íons de estrôncio já está sendo mantida no lugar por campos elétricos.
E é a partir desse controle extremamente delicado que pode começar uma nova etapa da computação brasileira.
