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Avanços na computação quântica e polêmicas em genomic data analytics mostram os desafios da inovação tecnológica

O nirvana é um estado de plenitude e compreensão, atingido pela libertação do ciclo de preocupações da vida. Seu conceito é oriental, mas encontramos diariamente indicações de sua chegada iminente no constante fluxo de notícias sobre os avanços das novas Tecnologias da Informação e Comunicação (TICs). Vimos aqui uma nova conquista da computação quântica, aqui uma polêmica intervenção na Big Data do genoma humano, para citar apenas duas recentes divulgações científicas.

As notícias nos aproximam das tecnologias, mas podemos esperar pela sua execução? A edição mais recente (imagem 1) do Gartner Hype Cycle – representação gráfica dos estágios de adoção, maturidade e aplicação social de tecnologias – apresenta tanto a computação quântica como a engenharia genética humana ainda distantes do chamado pico das expectativas exageradas.

Imagem 1 – Gartner Hype Cycle

Do pico das expectativas, estas tecnologias podem sucumbir ou prosperar. Se sobreviverem, sobem a colina da iluminação, nome apropriado para quem busca o nirvana quântico, e entram naquele estágio com produção em massa e convivência cotidiana. Há, portanto, um longo caminho para as duas tecnologias que, juntas, prometem o acesso a um futuro desejável e menos incerto. Apresento alguns dos desafios técnicos a serem superados neste processo.

Computação quase quântica

A computação quântica é uma das mais esperadas inovações em desenvolvimento. Os novos sistemas seriam capazes de oferecer breakthroughs em diversas áreas, como avanços no modelamento de reações químicas complexas, capazes de revolucionar a geração e o armazenamento de energia. Ou simulações de comportamento molecular e consequente design de novas moléculas para uso na medicina e genética. E também modelos complexos de análises de dados e aumento exponencial da capacidade de previsão, aliada à possibilidade de intervir.

Como resultado, teríamos um mundo com energia limpa, barata e abundante, sem doenças e com longevidade estendida, num meio ambiente limpo e climaticamente controlado.

Esta busca, entretanto, está longe de ter um fim, e não é difícil imaginar o tamanho do desafio. Basta olhar para as comemorações para o curto passo dado pela equipe da Australian Research Council Centre of Excellence for Quantum Computation and Communication Technology esta semana. Celebrado como um importante breakthrough, a equipe demonstrou a capacidade de ler o spin dos qubits com um único sensor, em vez dos três utilizados anteriormente, e, melhor, sem interferir na dinâmica do spin durante a leitura.

Os qubits, ou quantum bits, utilizam-se da capacidade das partículas subatômicas de existir em mais de um estado, armazenando muito mais que os 1 ou 0 dos bits atuais. O spin é uma grandeza vetorial, com módulo, direção e sentido. A computação quântica aproveita-se da estranha habilidade das partículas subatômicas de existirem em mais de um estado ao mesmo tempo. Como resultado, a capacidade de memória é extraordinariamente maior e as operações são feitas muito mais rapidamente e com reduzido uso de energia.

Entre os desafios a serem enfrentados, podemos citar:

Hardware: Os qubits são estabelecidos em átomos e seus múltiplos estados são difíceis de determinar, dada sua tendência a gerar números incoerentes e imprevisíveis, para se dizer o mínimo. O próprio spin a ser medido é um “momento” sem qualquer analogia com a física clássica, ele nem mesmo gira no sentido como entendemos o termo spin. E, é claro, as máquinas quânticas precisam operar na temperatura ambiente. Os protótipos em funcionamento rodam em temperaturas próximas de zero absoluto para se beneficiarem da supercondutividade de alguns materiais a esta temperatura.

Programação: todo o software atual é baseado em construções (expressões algébricas, funções trigonométricas, cálculo integral, pontos flutuantes etc) desenvolvidas nos séculos passados e não aplicáveis à física quântica. Não é possível adaptar a programação atual. É necessária uma nova matemática, criada do zero, para servir de base, e, a partir daí, inventar novas linguagens de programação.

Assim, a capacidade de ler o spin com apenas um sensor, anunciada pela equipe da Austrália, parece exagerada. Não é. As conquistas nesta área são, na verdade, lentas e custosas. Os desafios envolvendo a computação quântica são enormes e, mesmo com o investimento bilionário de big players como IBM, Intel e Alphabet, e de centenas de startups e centros de pesquisa em todo o mundo, muitos se perguntam se algum dia alcançaremos este graal da tecnologia, para usarmos outro símbolo.

O Big Data Humano

Nosso DNA é formado por um número aproximado de 3 bilhões de bases nitrogenadas, localizadas ao longo de uma fita dupla de nucleotídeos disposta em formato helicoidal. Cada uma dessas bases compõe-se de pares formados entre as substâncias adenina, timina, guanina e citosina e as incalculáveis possibilidades de combinação entre elas são responsáveis pelas variações entre os seres humanos.

Propor-se a mapear, vasculhar e alterar o Big Data de nossa composição genômica é, portanto, além de um desafio para os especialistas em genética, um trabalho e tanto de ciência de dados, dando origem ao campo do Genomic Data Analytics. A rigor, cada letra desse alfabeto que habita nossas células pode ser vista como parte de um imenso banco de dados. E as soluções inovadoras na área da engenharia genética passam, o mais das vezes, pela habilidade de lidar tecnicamente com esse imenso volume de informações, identificando padrões, coincidências e incoerências.

Algumas das dificuldades residem no nível de precisão e previsibilidade das alterações genéticas postas em prática. Em 2015 um grupo de cientistas chineses desenvolveu um projeto que objetivava “consertar” um gene responsável por um tipo de anemia grave quando sofre mutação, por meio da técnica conhecida como CRISPR. Para tal, injetaram em 54 embriões moléculas capazes de promover a reparação do gene, mas apenas em quatro deles o objetivo foi alcançado. Além do mais, alguns tinham sido alterados em partes diferentes das desejadas, um claro “erro de percurso”, com consequências desconhecidas.

Em novembro, um pesquisador da Universidade de Shenzen, sul da China, anunciou ter promovido a edição no DNA dos embriões de sete casais, fazendo uso de uma nova modalidade do método usado no caso anterior, o CRISPR-cas9. A intenção era desativar o gene CCR5, responsável por criar uma espécie de fechadura que permite a entrada do vírus HIV nas células. Como o experimento de He Jiankui não foi ainda validado pela comunidade científica internacional, não se sabe o quão bem-sucedido ele foi. Mas informações preliminares dão conta que não necessariamente os embriões fecundados ficaram totalmente blindados contra o vírus, tendo em vista que, para tal, seria preciso atingir o par de genes CCR5, e não apenas um.

O nível de sofisticação das intervenções desse tipo já é algo extraordinário, mas, como visto, ainda há muito que evoluir para perseguir com acurácia os fins desejados.

Some-se a isso o fato de que, ainda que alcançada total eficiência na obtenção dos resultados previstos em um procedimento de manipulação genética, é difícil prever as consequências dessa prática em larga escala: toda alteração pode trazer um efeito colateral imprevisto. E também não se sabe ainda mensurar o quanto o ambiente influencia na formação do genoma, outro fator de incerteza nesse cenário.

Nirvana aqui e agora

As revoluções na biotecnologia e nas tecnologias de informação seguirão, ao que tudo indica, e o potencial transformador delas é enorme. Vão restar os dilemas morais e éticos, bem como a responsabilidade pelas consequências das transformações postas em prática – coisas que continuarão atribuídas aos seres humanos, e não às máquinas ou à tecnologia.

As últimas décadas de avanço científico e tecnológico proporcionaram expandir nosso poder de influência a níveis nunca experimentados.

A história da civilização mostrou progressivo aprendizado e desenvolvimento de nossas habilidades em fazer uso dos recursos disponíveis e transformar o mundo que nos cerca, mas pouco podíamos em matéria de controle sobre nós mesmos.

O ritmo acelerado da inovação das últimas décadas nos ilude com a esperança de inovações sem fim e cada vez mais impactantes. Queremos o nirvana aqui e agora. A atenção com as pesquisas e seus limites nos mostra, entretanto, que o caminho é lento e atribulado. E vale acompanhar.

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Paula Oliveira

Paula Oliveira

Faz doutorado na USP, onde estuda o Comportamento Organizacional, especialmente na interseção entre os campos de Data Science e Tecnologia da Informação e Comunicação (TICs). É Mestre e Graduada em Estatística pela UFMG, concluiu o Executive MBA na Fundação Dom Cabral e o Post MBA na Kellogg School of Business, em Chicago e Business Ethics and Corporate Social Responsibility na The City University of New York. Ver perfil completo >>

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