A Computação Quântica é apontada internacionalmente como uma das áreas mais estratégicas da ciência no século XXI, com potencial para redefinir os limites do processamento de informação e da segurança digital que sustentam governos e a vida cotidiana conectada à internet. Esse cenário tem impulsionado universidades e centros de pesquisa em todo o mundo a antecipar impactos e desenvolver soluções, movimento do qual a Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) participa por meio de pesquisas conduzidas no Instituto Metrópole Digital (IMD).
Nos últimos meses, estudos em Computação Quântica na Universidade contribuem, inclusive, para debates sobre os impactos dessa tecnologia na cibersegurança, especialmente quando se fala em criptografia pós-quântica e na análise de riscos associados ao avanço de computadores quânticos, cuja capacidade de quebrar padrões de proteção de dados já é algo que desperta atenção de governos em todo o mundo.
“Estamos falando de um tipo de ‘apocalipse quântico’. Tudo que está conectado à internet seria potencialmente vulnerável”, explica Anderson Cruz, professor e pesquisador do IMD. O docente já organizou um ciclo de palestras sobre o assunto na UFRN, com participação do professor Rafael Chaves – um dos cientistas mais influentes do mundo segundo a Elsevier, uma das maiores editoras científicas internacionais.
Além disso, o Instituto Metrópole Digital (IMD/UFRN) abriga um grupo de pesquisa coordenado pelos professores Anderson Cruz e Ramon Fontes, que atua no desenvolvimento e na validação de soluções em criptografia pós-quântica, com foco em algoritmos já testados por organizações globais, como o Kyber e o Dilithium.
Conduzidas por professores e pesquisadores de pós-graduação membros do grupo Cyberdef, as pesquisas envolvem a avaliação do desempenho dessas tecnologias em diferentes ambientes computacionais — de computadores pessoais a dispositivos de Internet das Coisas (IoT), considerados críticos pelas limitações de processamento —, além do estudo da integração entre sistemas clássicos e quânticos em aplicações como blockchain, redes seguras e plataformas industriais.
O grupo também se dedica ao desenvolvimento de teorias matemáticas voltadas para o aprimoramento das técnicas atuais de Machine Learning. Na frente de segurança, os esforços concentram-se na criação de novos protocolos de comunicação que utilizam a criptografia pós-quântica para tornar as trocas de informações resilientes tanto a ataques cibernéticos atuais quanto àqueles que surgirão com o advento dos computadores quânticos.
Segundo o professor Ramon Fontes, coordenador do Cyberdef, o grupo tem avançado em aplicações práticas importantes, como o desenvolvimento e a validação do primeiro protocolo de roteamento para dispositivos de Internet das Coisas (IoT), capaz de promover resistência a ataques de computadores quânticos.
Outro marco recente é a aprovação de um projeto para a construção de uma plataforma experimental de criptografia pós-quântica em redes de blockchain, uma iniciativa em parceria com o Itaú, que terá duração de um ano. Essa nova frente de pesquisa envolverá alunos de graduação e mestrado, reforçando a atuação do Cyberdef, que, hoje, conta com cerca de oito colaboradores dedicados a essa área.
A atuação dos pesquisadores também se estende à formação de capital humano, considerada por Anderson Cruz uma prioridade devido à complexa curva de aprendizado da área. Nesse sentido, a UFRN já incorporou a disciplina Computação Quântica ao curso de bacharelado em IA do IMD. Alinhado a isso, o grupo está, junto às empresas Venturus e QuaTI, à frente de um curso nacional on-line sobre cibersegurança e criptografia pós-quântica, previsto para ocorrer em abril e maio deste ano.
A ameaça à segurança digital
Segundo Anderson Cruz, hoje, não há máquinas quânticas estáveis o bastante para conduzir ataques prolongados, mas a previsão é que isso ocorra já na próxima década. “Quando começamos a discutir isso, falava-se em 20 ou 30 anos. Agora, já se fala em 10”, afirma o professor, que também conta que os principais algoritmos para proteção usados atualmente terão seu uso proibido nas agências federais estadunidenses após 2035.
A tendência acende preocupações não apenas para governos e setores financeiros, mas também para qualquer cidadão que depende de dispositivos digitais para transações, armazenamento de senhas ou troca de informações pessoais.
Isso porque, atualmente, a criptografia mais utilizada — como a ECC e a RSA — depende, fundamentalmente, da dificuldade computacional de resolver problemas matemáticos extremamente complexos, que, até então, levariam até trilhões de anos para serem quebrados por computadores clássicos. Com o avanço da Computação Quântica, esse tempo diminuiria drasticamente. “Enquanto supercomputadores clássicos extremamente rápidos levariam 300 trilhões de anos para quebrar uma chave ECC, por exemplo, estima-se que um computador quântico poderia fazê-lo em até 38 minutos com o algoritmo de Shor”, explica Anderson Cruz.
Ainda segundo o professor, um computador quântico, para quebrar uma chave RSA, por exemplo, precisaria ter de 100 mil a 40 milhões de qubits físicos sendo processados por um período de até semanas, a depender da tecnologia e do método de correção de erros empregados. Em contrapartida, o que se tem hoje são processadores com pouco mais de 1 mil qubits, que podem se manter estáveis somente por tempos que variam de microssegundos a, no máximo, dezenas de minutos. “Ou seja, o algoritmo para quebrar a criptografia já existe; o que ainda não existe é um computador quântico suficientemente grande e estável para executá-lo”, explica o pesquisador.
O risco de ataques é agravado pelo fenômeno conhecido como “harvest now, decrypt later”, em que agentes mal-intencionados podem coletar hoje grandes volumes de dados criptografados para quebrá-los quando a tecnologia amadurecer. Esse tipo de ataque pode envolver desde transações financeiras até documentos governamentais e registros de saúde. Estimativas globais do Consórcio de Desenvolvimento Econômico Quântico (QED-C) indicam que há mais de US$ 100 trilhões em ativos digitais em risco ao redor do mundo.
Na avaliação de especialistas, o impacto econômico desse tipo de delito já é significativo. No Brasil, estudos recentes apontam que ataques cibernéticos já causaram, em 2024, prejuízos de até R$ 2,3 trilhões à economia, conforme aponta pesquisa do Instituto Nacional de Combate ao Cibercrime (INCC) — isso é o equivalente a cerca de 18% do Produto Interno Bruto (PIB) nacional.
O que muda com a Computação Quântica
A Computação Quântica representa um novo paradigma computacional, baseado em propriedades físicas como superposição e entrelaçamento, e não mais nos tradicionais bits, que alternam entre 0 e 1. Os chamados qubits podem assumir múltiplos estados simultaneamente, permitindo operações em escalas impraticáveis para máquinas convencionais.
Para se entender melhor, um exemplo é o de um computador clássico, que resolve um grande problema tentando uma opção de cada vez, enquanto o computador quântico analisa várias opções ao mesmo tempo, chegando à resposta de forma muito mais rápida. Toda essa capacidade abre portas para resolver classes inteiras de problemas que crescem exponencialmente e que, no modelo clássico, demandam “o tempo de vida do universo para serem solucionados”, nas palavras do docente Anderson Cruz.
Entre eles, está justamente o mecanismo matemático que sustenta a criptografia RSA — base dos sistemas de autenticação bancária, certificados digitais, comunicações sigilosas e infraestruturas críticas. Há mais de 30 anos, o algoritmo de Shor demonstrou que um computador quântico suficientemente estável seria capaz de quebrar a RSA. Desde então, o risco se transformou de teoria a alerta real.
Soluções
Além dos estudos da UFRN, o cenário nacional de pesquisa em Computação Quântica indica algumas movimentações, como um primeiro edital específico do Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovações (MCTI) para a área, lançado em 2021/2022, seguido pela criação de centros de competência e por chamadas voltadas à segurança quântica, em 2024.
A iniciativa mais robusta, até o momento, é o Centro de Tecnologias Quânticas, sediado no Senai Cimatec, na Bahia, que recebeu cerca de R$ 60 milhões em 2022–2023. No entanto, o valor ainda é modesto quando comparado com os bilhões investidos por Estados Unidos, China e países europeus.
Imagem: IMD
Fonte: Agecom/UFRN
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