Majorana 1: O Chip que pode levar a Computação Quântica ao Próximo Nível

  • Por Gabriela Mialich
  • @gabmialich
  • 27 fevereiro, 2025
  • 5 min de leitura
Majorana 1 - Chip Quântico
O Início da Computação Quântica
A ideia de um computador quântico surgiu nas décadas de 1970 e 1980, quando os físicos Richard Feynman e David Deutsch começaram a explorar a possibilidade de usar princípios da mecânica quântica para criar máquinas de computação radicalmente mais poderosas do que os computadores clássicos. O conceito de qubits, unidades fundamentais de informação quântica, logo se tornou central para essa nova tecnologia. Diferentemente dos bits clássicos, que podem ser 0 ou 1, os qubits podem existir em uma superposição de ambos os estados simultaneamente, permitindo a realização de cálculos complexos de maneira exponencialmente mais rápida.
Ao longo das últimas décadas, diferentes abordagens foram propostas para criar qubits estáveis e funcionais. Empresas como IBM, Google e startups especializadas desenvolveram qubits baseados em supercondutores, íons aprisionados e até átomos individuais. No entanto, esses sistemas apresentam desafios técnicos significativos, especialmente no que diz respeito à estabilidade e correção de erros.
A abordagem revolucionária da Microsoft
A Microsoft apostou em uma abordagem inovadora e pouco explorada: combinar semicondutores com supercondutores para criar um qubit topológico. Esse conceito foi originalmente proposto em 1997 pelo físico russo-americano Alexei Kitaev. Enquanto a maioria dos pesquisadores da época considerava essa tecnologia inviável, a Microsoft iniciou pesquisas no começo dos anos 2000, tornando esse projeto o mais antigo da empresa na área.
A grande inovação está na construção de qubits topológicos, que teoricamente apresentam maior estabilidade e são menos suscetíveis a erros do que as abordagens tradicionais. A base desse avanço é um dispositivo composto por arseneto de índio (um semicondutor) e alumínio (um supercondutor em temperaturas extremamente baixas). Quando resfriado a cerca de 400 graus abaixo de zero, esse dispositivo manifesta um comportamento quântico quase sobrenatural, abrindo caminho para uma nova geração de computadores quânticos.
O Majorana 1 e a construção do primeiro Núcleo Topológico
Imagem: Divulgação/Microsoft
O Majorana 1 é o primeiro chip quântico da Microsoft baseado na abordagem topológica. Seu funcionamento é baseado na utilização de férmions de Majorana, partículas teóricas previstas na década de 1930, mas cuja aplicação na computação quântica começou a ganhar força recentemente. Essas partículas apresentam uma propriedade única: elas podem armazenar informações quânticas de maneira muito mais estável, reduzindo drasticamente a taxa de erros.
- ‘’Estamos literalmente pulverizando átomo por átomo. Esses materiais precisam se alinhar perfeitamente. Se houver muitos defeitos na pilha de material, isso simplesmente mata o seu qubit,” disse Svore.
Diferenças entre o Majorana 1 e outros Chips Quânticos
Os computadores quânticos atuais, como os da IBM e do Google, utilizam qubits supercondutores convencionais, que são extremamente frágeis e exigem uma correção de erros intensiva para manter a integridade dos cálculos. O Majorana 1, por outro lado, incorpora resistência a erros diretamente no hardware, o que reduz significativamente a necessidade de correções matemáticas adicionais.
Além disso, a Microsoft desenvolveu um novo método de medição digital para controlar os qubits, tornando o processo mais eficiente e simplificado. Isso permite que os computadores quânticos baseados nessa tecnologia sejam mais fáceis de operar e integrar com sistemas computacionais clássicos.
Outro fator essencial é a escalabilidade. Enquanto outros sistemas quânticos enfrentam dificuldades para aumentar o número de qubits sem aumentar proporcionalmente a taxa de erros, a abordagem da Microsoft promete uma escalabilidade mais eficiente e confiável.
O Impacto e Aplicações da Computação Quântica
A computação quântica tem o potencial de revolucionar áreas como a medicina e o desenvolvimento de produtos, permitindo que engenheiros, cientistas e empresas criem soluções eficazes desde o início. Combinada com inteligência artificial, essa tecnologia possibilitaria que alguém descrevesse, em termos simples, o material ou molécula que deseja desenvolver e recebesse uma resposta funcional de imediato, sem depender de suposições ou de longos períodos de tentativas e erros.
A Microsoft enxerga um futuro onde a computação quântica, combinada com inteligência artificial, transformará profundamente diversas áreas, incluindo:
Ciência dos Materiais: Projetos inovadores para desenvolver materiais autorreparáveis e resistentes à corrosão.
Meio Ambiente: Descoberta de novos catalisadores para decompor poluentes, como microplásticos, e criação de alternativas ecológicas para processos industriais.
Saúde e Agricultura: Avanços na biotecnologia, otimizando o uso de enzimas para o desenvolvimento de novos tratamentos médicos e aprimoramento da produção de alimentos.
Criptografia e Cibersegurança: O poder da computação quântica pode impactar diretamente os sistemas de criptografia modernos, exigindo novas abordagens para a segurança digital.
Inteligência Artificial e Simulações: Modelos de IA poderiam ser treinados muito mais rapidamente, permitindo avanços sem precedentes em áreas como previsão do tempo, pesquisa médica e desenvolvimento de novos medicamentos.
A correção de erros é um dos maiores desafios da computação quântica. No ano passado, o Google demonstrou que poderia reduzir exponencialmente os erros ao aumentar o número de qubits e aplicar técnicas matemáticas avançadas. A Microsoft, por outro lado, acredita que seu sistema topológico permitirá uma abordagem mais eficiente, minimizando a necessidade dessas correções adicionais.
Um problema fundamental da computação quântica é o fenômeno da decoerência: quando os pesquisadores tentam ler um qubit, ele colapsa para um estado clássico (0 ou 1), perdendo sua superposição e, consequentemente, seu poder computacional. Os qubits topológicos, no entanto, são projetados para reduzir drasticamente esse efeito, tornando possível um processamento quântico mais confiável.
Avanços nesse setor podem gerar grandes consequências geopolíticas. Nos Estados Unidos, a computação quântica é impulsionada principalmente por empresas como a Microsoft e uma série de startups emergentes, enquanto o governo da China anunciou um investimento de US$ 15,2 bilhões na área. A União Europeia, por sua vez, destinou US$ 7,2 bilhões ao desenvolvimento dessa tecnologia.
Os Próximos Passos
A Microsoft está focada em escalar sua tecnologia, construindo um sistema baseado em uma arquitetura chamada tetron, reconhecida pela DARPA. A agência de Defesa dos Estados Unidos selecionou a empresa para a fase final do programa US2QC, que busca desenvolver um computador quântico tolerante a falhas e de alto desempenho.
A empresa acredita que, com a evolução de seus qubits topológicos e melhorias nos processos de fabricação, será possível criar sistemas quânticos robustos, capazes de resolver problemas que estão além do alcance dos supercomputadores clássicos.
O futuro da computação quântica depende da capacidade das empresas de transformar experimentos promissores em tecnologias aplicáveis. A abordagem revolucionária da Microsoft pode ser o divisor de águas necessário para a criação de computadores quânticos verdadeiramente funcionais e escaláveis.
Por Gabriela Mialich

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