Um processador quântico fotónico resistiu ao lançamento e funcionou em órbita

Embora tenha estado perto de sucumbir, um processador quântico fotónico aguentou a força monstruosa do foguetão que o levou até à órbita. Já no espaço, demonstrou que ainda era capaz de funcionar correctamente, apesar das condições extremas.

O desafio dos dados recolhidos pelos satélites

Os milhares de satélites que orbitam a Terra recolhem uma quantidade impressionante de informação: dados atmosféricos e climáticos, fotografias do planeta, emissões de rádio, dados de radar e pacotes de dados IP, sobretudo nas megaconstelações, cada vez mais numerosas. No entanto, não conseguem enviar toda essa recolha para o solo: a largura de banda disponível para a transmissão descendente e a escassez de janelas de comunicação com as estações terrestres criam um estrangulamento impossível de contornar. Alguns satélites já transportam chips de inteligência artificial para processar os dados de imediato, mas continuam a representar uma fracção mínima da frota em órbita.

O processamento em órbita afirma-se gradualmente como a via mais promissora para o sector espacial, embora ainda esteja numa fase experimental. Uma equipa de físicos liderada por Philip Walther, da Universidade de Viena, acaba de mostrar que essa abordagem é possível com um instrumento normalmente demasiado frágil para sair da Terra: um computador quântico.

Um processador quântico fotónico em órbita

Mais exactamente, trata-se de um processador quântico fotónico: um circuito que codifica informação em qubits transportados por fotões de luz, que percorrem guias ópticos gravados num chip de vidro. A 23 de Junho de 2025, o dispositivo da equipa foi colocado em órbita baixa, a cerca de 510 quilómetros de altitude, a bordo de um foguetão Falcon 9 da SpaceX. Foi um feito técnico, mas pô-lo a funcionar revelou-se um verdadeiro calvário. O trabalho está disponível desde 21 de Setembro no servidor de pré-publicações arXiv, mas ainda não foi sujeito a revisão por pares.

A prova de fogo do processador quântico antes da ausência de gravidade

Um computador quântico é, por natureza, extremamente delicado. Basta uma pequena perturbação mecânica, térmica, electromagnética ou radiativa para destruir os estados de sobreposição de que dependem os seus cálculos. Ao contrário de um bit usado na computação clássica, um qubit não fica limitado a um único valor: ocupa vários ao mesmo tempo, permitindo à máquina explorar um número colossal de combinações em paralelo.

Este fenómeno, designado sobreposição quântica, dá-lhe uma enorme capacidade de cálculo. No entanto, só se mantém se o computador estiver perfeitamente isolado do ambiente, evitando a descoerência quântica. Quando esta ocorre, os qubits regressam a um único valor e o cálculo tem de recomeçar do início.

Como enviá-lo, então, na carenagem de um Falcon 9, sujeito a vibrações imensas antes de ultrapassar os 28 000 km/h necessários para alcançar a órbita baixa? Mesmo um computador clássico dificilmente sairia ileso se não estivesse fortemente protegido e adaptado a tais condições.

Para enfrentar a violência do lançamento, o processador foi preparado ainda em terra. Entre outras provas, passou por testes de vibração e de choque concebidos para reproduzir exactamente as condições de um voo num Falcon 9: em determinadas frequências de ressonância, os protótipos de teste suportaram até 1 500 vezes a gravidade terrestre.

No dispositivo enviado para o espaço, os engenheiros impediram o movimento dos componentes ópticos mais frágeis. Fixaram-nos em placas de titânio e reforçaram as fibras ópticas com resina epóxi. A intenção era assegurar que os guias percorridos pelos fotões continuariam alinhados ao mícron após a descolagem; caso contrário, o processador chegaria à órbita completamente inutilizável.

Uma corrida de obstáculos em órbita

Todos os componentes ópticos sobreviveram ao lançamento sem danos, um milagre, mas os verdadeiros problemas começaram quando o processador chegou à órbita. Dos seis detectores de fotões a bordo - díodos de avalanche de silício encarregados de captar os fotões à saída do circuito óptico -, apenas três funcionavam. Metade da capacidade de detecção tinha-se perdido antes mesmo de começar qualquer cálculo.

Depois, o Sol complicou o trabalho dos investigadores. Sem uma atmosfera a filtrar a radiação solar, a luz inundava os detectores restantes com um ruído de fundo tão intenso que as medições eram totalmente inutilizáveis. Para efectuar os registos mais sensíveis, a equipa teve de esperar que o satélite passasse pela sombra da Terra, em janelas de apenas 30 minutos numa órbita de 92 minutos.

As dificuldades dos três detectores sobreviventes não ficaram por aí: foram bombardeados por protões dos cinturões de Van Allen. Estas duas regiões em forma de anel rodeiam a Terra e nelas o campo magnético terrestre aprisiona partículas carregadas de alta energia, sobretudo protões e electrões provenientes do vento solar e dos raios cósmicos.

A equipa tinha previsto o problema e protegido o processador com um centímetro de alumínio de qualidade aeroespacial. Essa blindagem bastava contra os electrões, mas não contra os protões, muito mais penetrantes. Ao fim de 52 dias em órbita, a taxa de falsos positivos dos detectores tinha aumentado drasticamente, sinal da sua degradação sob o efeito da radiação cósmica.

O último problema envolveu o laser integrado no processador, que gera os pares de fotões de que depende todo o cálculo quântico. Alojado numa caixa de Kovar, uma liga de ferro, níquel e cobalto, revestida a ouro, continha um adesivo que começou a libertar gases no vácuo. As moléculas libertadas depositaram-se como uma película de carbono nas peças ópticas próximas, fazendo cair a potência do laser de 20 para 4 miliwatts numa semana. Este golpe final privou progressivamente o processador da matéria-prima dos seus cálculos: sem fotões suficientes, a interferência quântica produz um sinal demasiado fraco para se distinguir do ruído gerado pelos detectores irradiados.

Apesar de todos estes contratempos, a equipa conseguiu concluir a experiência: no interior do processador, dois fotões tornaram-se perfeitamente indistinguíveis. Simplificando, em física quântica isso indica que estão reunidas as condições necessárias ao cálculo. As duas partículas interferiram entre si, em vez de seguirem caminhos separados como fariam feixes de luz comum. É essa interferência que permite ao processador manipular informação quântica e, assim, efectuar cálculos.

Perante as dificuldades enfrentadas pela equipa, não há qualquer hipótese de um computador quântico plenamente funcional processar dados de satélite nos próximos anos. Mas esse não era o objectivo da experiência, que alimenta antes uma visão de muito longo prazo: transformar a computação quântica num verdadeiro instrumento orbital, integrado nos satélites, para seleccionar e analisar os dados antes de os enviar para o solo. A equipa de Philip Walther demonstrou que o princípio é viável, mas a maior parte do caminho ainda está por percorrer: construir processadores quânticos mais duradouros e capazes de resistir durante mais tempo às condições da órbita.