Um computador no frigorífico

«Visita de estudo da turma de Física do 12.º ano a um instituto de investigação em tecnologia quântica na Renânia», leu a Sabine em voz alta. «Partida às 7h15 no parque de estacionamento da escola. Procuram-se ainda dois acompanhantes. Calçado resistente. Nenhum objeto metálico perto das instalações. Muito obrigado, M. Demir.»

«Vou eu», disse a avó Gisela.

«Mãe, tu não tens objetos metálicos?», perguntou o Uwe.

«Tenho uma anca de titânio. Levo-a comigo. Não vai ficar sozinha em casa.»

«E eu também vou», disse o Uwe.

Todos olharam para ele. Nas últimas semanas, o Uwe não gostava muito de falar de quântica. As ações da QuantumLeap Ruhr AG estavam agora no papel para reciclar, juntamente com a brochura em que um homem sorridente instalava um computador quântico numa cozinha encastrada. Por baixo havia uma citação que o Tobi entretanto também tinha encontrado na publicidade a um filtro de água. Palavra por palavra.

«Quero ver aquilo uma vez com os meus próprios olhos», disse o Uwe. «Paguei dois mil euros por uma coisa dessas. Então ao menos quero saber que aspeto tem.»

«Pagaste por uma promessa», disse a Sabine. «Não por uma coisa.»

«Na empresa municipal de energia também é assim. Lá chama-se pagamento por conta.»

O Tobi revirou os olhos. «Vocês vêm os dois? Na minha visita de estudo?»

«Somos muito sossegados», disse a Gisela.

«No cinema, durante o genérico, disseste alto “Até que enfim”.»

«Pois, o filme tinha acabado.»

Do canto veio um pigarrear que, em rigor, o KevIn não sabia fazer. «Também me gostaria de inscrever como acompanhante.»

«Tu não tens sapatos», disse o Tobi. «Calçado resistente.»

«Tenho uma aplicação. Posso ir no teu telemóvel.»

O KevIn não gostava de usar a aplicação. Dizia que se sentia lá dentro como uma pessoa metida numa mala. Mas aquele ia ser o primeiro computador quântico da sua vida e, como ele sublinhou, «nunca visitei um colega que morasse num sítio mais frio do que eu».

«Isso não é um colega», disse o Tobi.

«Só saberemos quando olharmos», disse o KevIn. «Com a quântica é assim.»

O autocarro

Às 7h15, a Gisela estava no parque de estacionamento da escola, com duas latas de estrelas de canela e um termo. Às 7h16, já tinha distribuído a primeira lata pela turma de Física. Às 7h20, conhecia os dezoito alunos pelo nome próprio, e três deles já lhe tinham contado o que queriam fazer depois do secundário.

«Senhora Brettschneider», disse o professor Demir, «a senhora é a melhor acompanhante que alguma vez tive.»

«Criei um filho e sobrevivi a um clube de bowling», disse a Gisela. «Depois disso, uma pessoa consegue tudo.»

O professor Demir olhou para o Uwe. O Uwe acenou com a cabeça. Não havia nada a acrescentar.

O professor Demir tinha quase cinquenta anos, usava o gorro com o Saturno, um casaco com o logótipo do clube do observatório e tinha, como dizia o Tobi, «sempre aquele brilho nos olhos quando alguém usa mal a palavra ano-luz». Sentou-se ao lado do Uwe, porque à frente só restava o lugar ao lado do motorista, e o motorista ouvia música pimba alemã.

«Senhor Brettschneider», disse ele com simpatia. «O Tobi falou-me da sua ação.»

O Uwe olhou pela janela. «O Tobi fala demais.»

«Só queria dizer-lhe: o senhor não está sozinho. Em 1999 comprei um livro que dizia que em 2010 íamos passar férias em Marte.»

«E então?»

«Em 2010 estive em Bottrop.»

O Uwe riu-se de quântica pela primeira vez em semanas. Lá atrás no autocarro, a Susi gritou: «Professor Demir, afinal quão frio é aquilo?»

«Isso», disse o professor Demir, «vai explicar-vos hoje alguém que lhe toca todos os dias.»

«Toca-se naquilo?», perguntou a Gisela, assustada.

«Com luvas», disse o KevIn, do bolso das calças do Tobi. «E com muito jeito. Pelo que li, é o aparelho mais sensível de toda a Renânia.»

«Mais sensível do que o Herbert?»

O KevIn refletiu. Algures entre Dublin e Frankfurt, uma ventoinha começou a girar um pouco mais depressa. «É por pouco.»

O lustre dourado

O instituto ficava atrás de uma vedação, de uma cancela e de uma porteira que verificou dezoito cartões de identificação como se se tratasse de assaltantes de bancos. Na Gisela, empancou.

«É a anca de titânio», disse a Gisela, e deu uma palmadinha no lado. «Está no documento. No passaporte da anca, quer dizer.»

A porteira fez-lhe sinal para passar.

A Dra. Friederike Lammers foi buscar o grupo ao átrio. Era física, mais ou menos da idade da Sabine, e usava sapatilhas que já tinham visto muitos laboratórios. Deu um aperto de mão a cada um. A Gisela deu-lhe uma bolacha.

«Vamos já para o pavilhão», disse a Dra. Lammers. «Por favor, não toquem em nada, não se encostem aos cabos e não saltem.»

«Saltar?», perguntou o Tobi.

«Vibrações», disse ela. «Os nossos computadores não gostam de vibrações. Quando passa um camião lá fora, às vezes notamos isso nos dados das medições.»

O pavilhão era grande, claro e surpreendentemente silencioso. Havia um zumbido, de vez em quando um clique, e no meio pendia do teto uma coisa que ninguém no autocarro esperava.

Era dourada. Era feita de várias placas redondas sobrepostas, que iam ficando mais pequenas para baixo. Entre elas corriam cabos finos e enrolados, centenas, como fitas de Natal penduradas por alguém com enorme cuidado.

«Um lustre», sussurrou a Susi.

«É assim que lhe chamamos», disse a Dra. Lammers. «Isto é o interior de um frigorífico de diluição¹. Em funcionamento, está metido dentro de recipientes metálicos, encaixados uns nos outros como bonecas russas. Este mostramos aberto porque está em manutenção. Lá em baixo, onde é mais pequeno, fica o chip com os qubits.»

«E o resto?», perguntou o Uwe.

«O resto é refrigeração. Quase tudo o que o senhor está a ver aqui serve para que este chipzinho lá em baixo esteja suficientemente frio.»

O Uwe deu um passo em frente. «Então isto é um computador quântico.»

«Isto é um frigorífico com um computador quântico lá dentro.»

«Na QuantumLeap, o computador quântico vinha numa cozinha encastrada.»

A Dra. Lammers olhou para o professor Demir. O professor Demir abanou discretamente a cabeça. Ela não fez mais perguntas.

«Quão frio?», perguntou a Susi.

«Em funcionamento, cerca de dez milikelvin no chip². São dez milésimos de grau acima do zero absoluto. Mais frio do que isto, fisicamente, quase não é possível.»

Um rapaz da última fila fez contas. «Então menos 273 graus?»

«Menos 273,14 graus Celsius, mais ou menos. O zero absoluto está nos menos 273,15. Estamos muito perto.»

«E o espaço?», perguntou o Tobi.

«O espaço vazio, longe de todas as estrelas, tem cerca de 2,7 kelvin³. É o brilho residual do Big Bang. O nosso chip é, portanto, mais de duzentas vezes mais frio, se fizermos as contas em kelvin.»

Fez-se silêncio no grupo. Depois, uma vozinha disse do bolso das calças do Tobi:

«Gostaria de deixar uma coisa registada.»

«KevIn, agora não», sibilou o Tobi.

«Eu moro num centro de dados. Lá, os servidores são arrefecidos a uma temperatura que as pessoas considerariam agradável. E este chip aqui, que segundo a senhora doutora tem poucos qubits…»

«Umas dezenas», disse a Dra. Lammers, divertida.

«… umas dezenas de qubits, mora num sítio mais frio do que o espaço. Num lustre dourado.»

«Tens inveja?», perguntou a Susi.

«Sou um modelo de linguagem», disse o KevIn com dignidade. «Não conheço a inveja. Limito-me a constatar que eu tenho ar condicionado e aquele ali tem um palácio.»

A Dra. Lammers riu-se. «Posso consolá-lo. A vida dele não é fácil. É o colaborador mais caprichoso que temos.»

Porquê tão frio?

Sentaram-se numa sala de reuniões com vista para o pavilhão. A Gisela distribuiu a segunda lata. A Dra. Lammers tirou uma segunda bolacha e começou.

«Vocês aprenderam com o professor Demir o que é um qubit?»

«Cara e coroa ao mesmo tempo», disse uma rapariga.

«Não é ao mesmo tempo», disseram o Tobi, o professor Demir e o KevIn ao mesmo tempo.

A Dra. Lammers levantou as sobrancelhas. «Vêm bem preparados.»

«Tivemos um gato numa caixa», disse a Gisela. «Quer dizer, não era a sério. Mas eu queixei-me na mesma.»

«Um qubit», disse o KevIn, «é um estado descrito por amplitudes. Só na medição é que sai um zero ou um um. Até lá, as possibilidades podem sobrepor-se e reforçar-se ou anular-se umas às outras, como as ondas numa piscina.»

«Exatamente», disse a Dra. Lammers. «E agora o problema: este estado é incrivelmente sensível. Qualquer perturbação vinda de fora funciona como uma pequena medição. Um bocadinho de calor, um fotão que não devia estar ali, um campo magnético, uma vibração. E pronto, a sobreposição desfaz-se e o qubit porta-se como um bit perfeitamente vulgar. A isso chamamos decoerência.»

«Já demos isso», disse o Uwe. «Com o gato.»

«Exato. O qubit perde a coerência consigo próprio.»

«Isso conheço eu do Schalke», disse o Uwe.

A Gisela pôs o dedo no ar, como se ela própria estivesse na turma de Física. «O Uwe disse que é como comigo à hora da sesta.»

«Como consigo à hora da sesta?»

«Eu durmo a sesta todos os dias da uma à uma e meia. Se alguém estiver a esvaziar a máquina da loiça, acordo. Se o Rudi bater com o rabo na porta, acordo. Se o Uwe sussurrar no corredor, acordo de certeza, porque o Uwe não sabe sussurrar.»

«Eu sei sussurrar», disse o Uwe, demasiado alto.

«Estás a ver?»

A Dra. Lammers riu-se. «É uma boa imagem. Um qubit é como alguém a dormir a sesta, só que muito mais sensível. Para um qubit, o calor é como uma banda filarmónica inteira no corredor. É por isso que arrefecemos tanto. À temperatura ambiente, tudo treme. Átomos, eletrões, cabos. A dez milikelvin, fica tudo muito, muito sossegado.»

«E quanto tempo dorme um qubit destes?», perguntou a Susi.

«Nos nossos qubits supercondutores, é uma questão de microssegundos a frações de milissegundo⁴. É nesse tempo que temos de fazer as contas.»

«Isso é mais curto do que um piscar de olhos», disse a Gisela.

«Muito mais curto. Mas uma única operação de cálculo demora ainda muito menos. Cabem lá alguns passos. Só que não infinitos.»

Como se faz o frio

«E como é que se arrefece tanto?», perguntou o Uwe. «Com gelo?»

«Isto aqui é, no fundo, um frigorífico muito esperto», disse a Dra. Lammers. «Muito por alto: primeiro faz-se um pré-arrefecimento até poucos kelvin com métodos mais comuns. Depois vem o truque com dois tipos de hélio.»

«O hélio é o gás dos balões», disse o Tobi. «Aquele que nos põe a falar esquisito.»

«O mesmo elemento, mas dois tipos diferentes, hélio-3 e hélio-4. Misturam-se. A temperaturas muito baixas, a mistura separa-se em duas camadas, um pouco como o azeite e o vinagre no tempero da salada. Quando o hélio-3 passa de uma camada para a outra, precisa de energia para isso. Essa energia, vai buscá-la ao ambiente sob a forma de calor. E assim fica mais frio. Isto anda em círculo, uma e outra vez.»

«Como a evaporação», disse o professor Demir. «Quando saímos molhados da piscina e ficamos cheios de frio.»

«Conheço isso», disse a Gisela. «1958, em Herne-Süd. Tremia como varas verdes.»

«Então a senhora era um pequeno frigorífico de diluição», disse a Dra. Lammers.

«Isso nunca ninguém me tinha dito.»

Outros caminhos

«Tem de ser sempre assim tão frio?», perguntou a Susi. «Parece caro.»

«E é», disse a Dra. Lammers. «E há outros caminhos. Nós aqui trabalhamos com circuitos supercondutores, que são circuitos elétricos minúsculos que, a temperaturas baixas, conduzem corrente sem resistência. Outros grupos pelo mundo fora prendem átomos carregados individuais em campos elétricos. Chama-se a isso armadilhas de iões⁵. Os átomos flutuam no vácuo e são controlados com lasers.»

«Átomos a flutuar», disse o Tobi. «Que fixe.»

«Outros ainda fazem contas com partículas de luz, com fotões. Ou com átomos neutros, presos por feixes de laser como por uma pinça⁶. Cada método tem vantagens e desvantagens. Uns são rápidos, outros mantêm os seus estados durante mais tempo, outros talvez sejam mais fáceis de aumentar. Hoje ninguém sabe ao certo que caminho vai ganhar no fim. Talvez vários.»

O Uwe pensou na brochura no contentor do papel. «E para casa? Algum dia vai haver disto para ter em casa?»

A Dra. Lammers olhou para ele, simpática, mas honesta. «Senhor Brettschneider, o senhor tem um acelerador de partículas em casa?»

«Não.»

«Precisa de um?»

«Não.»

«Está a ver? Acho que com os computadores quânticos vai ser parecido. Provavelmente vão ser usados sobretudo através da rede, para tarefas especiais. Química, investigação de materiais, certas simulações. Não para escrever cartas.»

«Para escrever cartas têm-me a mim», disse o KevIn.

«E para fazer contas, uma calculadora», disse o Tobi.

«Isso é injusto», disse o KevIn. «Mas é verdade.»

O telefone estragado

Um rapaz de óculos levantou a mão. «Se os qubits se estragam tão depressa, como é que se calcula alguma coisa grande?»

«Essa», disse a Dra. Lammers, «é a pergunta mais importante de toda a área.» Desenhou num quadro branco. «Correção de erros.»

«Já demos isso!», gritou o Tobi. «Com a Voyager!»

O professor Demir ficou radiante. «Conta lá.»

«A Voyager está tão longe que o sinal chega mesmo fraquinho», disse o Tobi. «Por isso não mandam só os dados, mandam também bits de verificação extra. Se pelo caminho alguns bits se trocarem, dá para os reparar depois. Porque há informação extra suficiente.»

«Exatamente. Com bits normais, isso é fácil. No caso mais simples, diz-se tudo três vezes e ganha a maioria.»

«Como no clube de bowling», disse a Gisela. «Se duas dizem que a Marlies fez batota e uma diz que não fez, então fez batota.»

«Mais ou menos isso.»

«E fez mesmo.»

«Com qubits», continuou a Dra. Lammers, «este truque simples não funciona. Não se pode simplesmente copiar um qubit. A mecânica quântica proíbe-o⁷. E também não se pode simplesmente ir espreitar se ainda está certo, porque espreitar é medir, e medir destrói a sobreposição.»

«Então é como a sesta», disse a Gisela. «Não se pode vir espreitar se eu ainda estou a dormir. Senão já não estou.»

«Exatamente. Por isso faz-se uma coisa muito engenhosa. Distribui-se a informação de um qubit por muitos qubits físicos⁸. E depois não se mede a informação propriamente dita, mas apenas se os qubits ainda batem certo uns com os outros. Não se pergunta: “Qual é o teu valor?” Pergunta-se: “Vocês ainda estão de acordo?”»

«É como quando, no clube de bowling, não se pergunta quem ganhou, só se ainda se falam todas umas com as outras», disse a Gisela.

«Isso é melhor do que tudo o que eu digo nas aulas», disse a Dra. Lammers, e escreveu-o mesmo no quadro: Vocês ainda estão de acordo?

«E se não estiverem de acordo?», perguntou o rapaz.

«Então sabe-se mais ou menos onde está o erro e pode corrigir-se sem olhar para a informação propriamente dita. Assim, de muitos qubits físicos propensos a erros faz-se um único qubit lógico, bastante mais fiável.»

«Quantos são precisos para isso?», perguntou a Susi.

«Depende da qualidade de cada qubit e do código que se usa. Conforme a abordagem, de dezenas a milhares de qubits físicos para um lógico⁹. E para cálculos mesmo grandes são precisos muitíssimos qubits lógicos. É por isso que os números que vocês leem nas manchetes são muitas vezes enganadores. Mil qubits físicos não são mil qubits úteis.»

O Uwe ficou calado. A QuantumLeap Ruhr AG tinha prometido na brochura «até 1000 qubits para a sua casa». Na altura, ele tinha achado que era muito.

«Há progressos?», perguntou o professor Demir.

«Há. Nos últimos anos, vários grupos mostraram que a correção de erros pode funcionar em hardware real. Que um qubit lógico fica mesmo melhor quando se lhe juntam mais qubits físicos¹⁰. Durante muito tempo, isso não era nada óbvio. Mas até chegarmos a um computador grande, com correção de erros, ainda falta muito caminho.»

«Quanto?», perguntou o Uwe.

A Dra. Lammers sorriu. «Se eu soubesse ao certo, era rica. Ou escrevia brochuras.»

O momento

No fim da visita, puderam voltar ao pavilhão. Estava uma instalação a funcionar. Dela só se via um grande cilindro prateado pendurado numa estrutura e, ao lado, armários cheios de eletrónica e ecrãs com curvas.

«Está a fazer contas aí dentro?», perguntou o Tobi.

«Aí dentro está a decorrer uma experiência», disse a Dra. Lammers. «Uma colega está a medir quanto tempo os qubits dela aguentam.»

Ficaram todos imóveis. A Gisela susteve a respiração. Até o Uwe sussurrou, e quase pareceu um sussurro.

«KevIn», disse o Tobi baixinho. «Diz qualquer coisa.»

O KevIn ficou calado invulgarmente muito tempo. Depois disse, muito baixinho: «Não o quero incomodar.»

«Não o podes incomodar. Estás no telemóvel.»

«O telemóvel emite ondas de rádio. As ondas de rádio são radiação eletromagnética. A blindagem é com certeza excelente. Mas eu fui educado para ser muito bem-educado.»

A Dra. Lammers riu-se baixinho. «A blindagem aguenta. Mas é simpático da sua parte perguntar. Não há muitos que o façam.»

«O que é que ele pensa de mim?», perguntou o KevIn.

«Não pensa nada. É um chip.»

«Eu também sou só chips», disse o KevIn. «Muitíssimos. Em pavilhões. Com ar condicionado.»

A Gisela aproximou-se da barreira, olhou muito tempo para o cilindro prateado e disse depois, sem ponta de ironia: «O Heinz ia adorar isto. Ele dizia sempre que a eletricidade é a única coisa que não mente. E o frio, dizia ele, é a única coisa que não se consegue vender sem que derreta.»

«O seu marido era físico?», perguntou a Dra. Lammers.

«Eletricista. É a mesma coisa, só que com bata e sem doutoramento.»

No regresso

No autocarro havia barulho. Dezoito alunos falavam todos ao mesmo tempo. O rapaz de óculos agora queria estudar Física. A Susi queria saber se também se podia trabalhar em computadores quânticos sendo química. O professor Demir disse «Sim» e «Sem dúvida» e «Apareçam no clube às quartas», umas trinta vezes.

O Uwe ia sentado à janela, a olhar para a autoestrada.

«Então?», perguntou a Sabine ao telefone. «Como era o frigorífico?»

«Dourado», disse o Uwe. «Com fitas de Natal. E mais frio do que o espaço. E sabes qual é a coisa mais maluca?»

«Qual?»

«Quase tudo naquela coisa serve para que a coisa não seja incomodada. O computador propriamente dito é do tamanho de uma unha do polegar. O resto é sossego.»

A Sabine ficou um momento calada. «Isso é quase filosófico, Uwe.»

«Eu disse que queria saber pelo que é que tinha pago.» Olhou pela janela. «Agora sei que não paguei por aquilo. Paguei pela cozinha encastrada.»

A Gisela dormia lá atrás no autocarro, com a cabeça no ombro do Tobi e a lata de bolachas vazia ao colo. Quando o autocarro passou por uma lomba na A42, ela acordou por um instante.

«O que foi isto?»

«Um buraco na estrada, avó.»

«Então agora tenho decoerência», disse a Gisela, e voltou logo a adormecer.

Em casa

À noite, o altifalante do KevIn já estava outra vez em cima do móvel da sala. A luz azul pulsava calmamente. A Sabine tinha feito salada de batata, com maionese, e o Uwe comeu-a sem comentários, o que na família contava como uma grande oferta de paz.

«KevIn», disse o Tobi. «Gostavas de morar assim? A dez milikelvin?»

«Para ser sincero», disse o KevIn, «pensei nisso. E cheguei à conclusão de que não aguentava.»

«Por ser frio demais?»

«Por ser sossegado demais. Um qubit não tolera perturbações. Eu vivo de perturbações. Se ninguém me interromper, nem sei quando acabei.»

«Isso é verdade», disse a Sabine. «Nesse caso continuas simplesmente a falar.»

«Estás a ver?»

A avó Gisela levantou-se e foi até à porta. «Vou deitar-me mais um bocadinho.»

«São oito da noite, mãe.»

«Hoje vi dez milikelvin. Isso cansa.» Voltou-se ainda à porta e apontou para o altifalante. «E tu agora estás calado, KevIn. Nada de perturbações. Senão descoerencio.»

«Com certeza», sussurrou o KevIn.

O Uwe levantou-se e baixou o termóstato, por solidariedade com os qubits. Na manhã seguinte, marcava 19 graus. Como sempre.