Nobel de Física para cientistas da física quântica e Q-bits

O Nobel de Física para cientistas da física quântica e Q-bits de 2025 foi concedido a um trio de pesquisadores que fizeram descobertas cruciais para o desenvolvimento de chips e computadores mais potentes. A premiação reconhece os avanços significativos na aplicação dos princípios da física quântica em tecnologias cotidianas, pavimentando o caminho para uma nova era da computação.

Essas descobertas desvendam um universo de comportamentos notavelmente peculiares. Enquanto no mundo da física clássica, se uma bolinha é arremessada contra uma parede, ela naturalmente quica e retorna, o cenário muda drasticamente quando se trata de partículas subatômicas, menores que um átomo, como um elétron. Neste domínio microscópico, uma partícula poderia, surpreendentemente, atravessar a parede em vez de rebater. Este fenômeno desafia fundamentalmente as leis da física clássica, evidenciando as distinções entre os comportamentos no macro e microcosmo.

Nobel de Física e Computação Quântica: Marcos para o Futuro

A física quântica tem sido objeto de estudo e fascínio desde o início do século XX. Contudo, foi nos anos 1980 que o cientista britânico John Clarke, da renomada Universidade de Berkeley, na Califórnia, dedicou-se a investigar a possibilidade de aplicar essas complexas leis em contextos práticos e diários. Sua pesquisa focou no conceito de tunelamento quântico, que descreve a capacidade de uma partícula atravessar uma barreira de energia – a “parede” metafórica – em vez de simplesmente ricochetear nela.

No laboratório de John Clarke, ele contou com a colaboração do pesquisador francês Michel Devoret, que era responsável pelo desenho e aprimoramento dos experimentos, e do cientista americano John Martinis, que também teve um papel fundamental na equipe. O trabalho conjunto desse trio envolveu a utilização de fios supercondutores. Esses materiais são capazes de transmitir partículas de forma extremamente eficiente, semelhante a um “trem super-rápido” que não sofre perdas significativas de energia ao longo do percurso. A inovação central do experimento residiu na inserção de um material isolante no meio desses fios, criando uma barreira.

O resultado observado no experimento foi contra as expectativas da física clássica: ao invés de uma interrupção na circulação de elétrons devido à barreira isolante, as partículas continuaram a fluir. Mais intrigante ainda foi o modo como elas se moveram: não como unidades separadas, mas sim como um bloco coeso e unificado, funcionando como uma espécie de “partícula gigante” que preenchia todo o circuito de forma simultânea. Essa descoberta revolucionária no campo da física fundamental rendeu aos três cientistas o merecido Prêmio Nobel de Física, anunciado na terça-feira (7).

O presidente do comitê de premiação enfatizou a ubiquidade da física quântica no cenário tecnológico atual, declarando que praticamente não há tecnologia avançada contemporânea que não dependa dos princípios e fenômenos quânticos. Os estudos nessa área foram determinantes para o avanço de inovações que hoje fazem parte de nosso cotidiano, como os modernos telefones celulares, os sistemas de fibra óptica de alta velocidade e as câmeras fotográficas digitais de precisão. Esses exemplos ilustram como o comportamento das partículas em escala quântica se traduz em funcionalidades essenciais em diversos dispositivos.

A Revolução da Computação Quântica e seus Desafios

No entanto, a promessa mais significativa derivada dessas pesquisas em física quântica reside no ambicioso projeto de desenvolver o computador quântico, uma área que já desencadeia uma intensa corrida tecnológica global. Apesar do grande potencial, a criação de uma máquina que opere com estabilidade ainda apresenta desafios consideráveis. As partículas quânticas são notoriamente imprevisíveis em seu comportamento, o que exige condições extremas de operação, como a necessidade de manter o chip a temperaturas inferiores às do espaço sideral para garantir sua funcionalidade.

Em inícios de 2025, o programa Fantástico teve a oportunidade de visitar as instalações do computador quântico da IBM, em Nova York. Na ocasião, o correspondente Felipe Santana descreveu a tecnologia como “a mais complexa que o ser humano já viu”. A estrutura é composta por cabos superfinos e intrincadas placas de ouro, cuja função é compartimentar os espaços, controlando o ambiente onde os fenômenos quânticos ocorrem. À primeira vista, o aparato gigantesco pode parecer o computador em si, mas, como revelado por Santana, trata-se de “só uma grande geladeira” – descrita como a mais cara e complexa já construída –, servindo unicamente para abrigar o verdadeiro processador, um diminuto “quadradinho” no seu interior. Segundo ele, “aqui há um universo microscópico que é capaz de mudar o mundo.”

Imagem: g1.globo.com

Da Computação Clássica aos Bits Quânticos (Q-bits)

Para entender a grandiosidade dessa revolução, é fundamental compreender a base da computação convencional. O computador que utilizamos diariamente processa informações de uma maneira binária: a energia elétrica é direcionada aos chips, e a presença de corrente é interpretada como 1, enquanto sua ausência é compreendida como 0. Essas sequências de zeros e uns formam os “bits”, a unidade fundamental que permite todos os cálculos e, consequentemente, todos os programas e softwares que utilizamos. Essa lógica digital é o cerne de toda a computação clássica que conhecemos.

A pesquisa laureada com o Nobel, contudo, pavimentou o caminho para a criação dos “q-bits”, ou bits quânticos. Diferente dos bits tradicionais que representam apenas 0 ou 1 em um dado momento, os circuitos quânticos operam com probabilidades. Imagine girar diversas moedas simultaneamente e então tirar uma foto delas. Elas poderiam estar mais propensas a cair em “cara”, mais para “coroa”, ou até mesmo em um estado intermediário entre os dois. Essa analogia ilustra a superposição de estados, um princípio fundamental dos q-bits, que permite que eles existam em múltiplos estados simultaneamente, abrindo novas fronteiras para o processamento de informações. Esta capacidade, como destacado pela Academia Real de Ciências da Suécia, representa um avanço inestimável.

A promessa central desses novos computadores reside na sua capacidade de solucionar problemas que, até então, pareciam intratáveis para a computação clássica. Dentre as possibilidades vislumbradas, estão o desenvolvimento de tratamentos de câncer altamente personalizados, adaptados ao perfil genético de cada paciente. Outra aplicação crítica é a capacidade de decifrar e modelar os efeitos complexos das mudanças climáticas em cada sistema meteorológico global, fornecendo insights sem precedentes. Além disso, a computação quântica pode nos oferecer uma compreensão mais profunda de como o mundo quântico – esse reino de coisas invisíveis e enigmáticas que compõe toda a matéria e do qual ainda conhecemos tão pouco – realmente funciona, abrindo portas para novos paradigmas científicos.

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Em suma, as descobertas que culminaram no Nobel de Física para cientistas da física quântica e Q-bits marcam um ponto de inflexão na ciência e na tecnologia. As contribuições de John Clarke, Michel Devoret e John Martinis não apenas expandem nossa compreensão do universo em seu nível mais fundamental, mas também estabelecem as bases para ferramentas computacionais que têm o potencial de transformar áreas da medicina, da ciência climática e da exploração do desconhecido. Convidamos você a continuar acompanhando as análises e notícias sobre avanços científicos e tecnológicos em nossa editoria, para ficar por dentro das próximas revoluções.

Foto: Reprodução/TV Globo