Computação Quântica

Uma nova geração de computadores que promete fazer em segundos, o que se faria em centenas de anos.

O que é

O termo computação quântica tem origem na Física quântica, é a que rege e descreve os elementos cujo as dimensões são próximas ou abaixo da escala atômica, como moléculas, partículas subatômicas e átomos.

Na Física clássica é possível descrever os estados dos movimentos dos corpos desses elementos, já na física quântica não é possível determinar onde um objeto se encontra ou em que velocidade.

Funcionamento

Enquanto que os computadores atuais trabalham a base do bit, 0 e 1 (ligado e desligado), os computadores quânticos funcionam a base do qubit, uma medida quântica, dessa forma o estado não é 0 ou 1, mas vai ter a probabilidade de ser 0 ou 1, sendo possível se utilizar desses dois estados ao mesmo tempo abrindo uma grande gama de possibilidades se aproximando do raciocínio humano.

Na prática, os qubits consideram o resultado de uma operação antes mesmo de ela ter sido finalizada, é como se pudéssemos saber o resultado de um jogo de cara ou coroa quando a moeda ainda estivesse no ar.

A probabilidade em um computador quântico está associada a intensidade de sua onda descrita na interferência quântica, por exemplo:
Se um nome em uma lista tiver uma intensidade baixa, será mais difícil de encontra-lo. Mas se a mesma for maior a probabilidade de encontra-lo facilmente é maior.

Como aumenta-se a probabilidade?

• Usando interferência, fazendo equações com ondas, as fazendo se anularem para que o nome a ser buscado na lista tenha uma frequência maior se comparada com as demais.

Os computadores quânticos são máquinas de extrema complexidade e que dependem de um equilíbrio térmico muito delicado. A maior parte desses computadores só pode operar em temperaturas muito baixas, por isso eles são refrigerados em cerca de -272 °C, por meio de nitrogênio ou hélio líquido.

Histórico

• 1981 – Richard Feynman elaborou a primeira proposta de utilizar um fenômeno quântico para executar rotinas computacionais.
• 1985 – David Deutsch, na Universidade de Oxford, descreveu o primeiro computador quântico universal.
• 1994 – Peter Shor, no Bell Labs da AT&T em Nova Jersey, descobriu um excelente algoritmo. Ele permite a um computador quântico fatorar grandes inteiros rapidamente.
• 1996 – Lov Grover, no Bell Labs, descobriu o algoritmo de pesquisa em bases de dados quânticas.
• 1996(?) – É Proposto o primeiro esquema para correção de erro quântico.
• 1999(?) – No MIT foram construídos os primeiros computadores quânticos baseados em montagem térmica.
• 2007 – Empresa Canadense D-Wave afirmou ter desenvolvido um computador híbrido chamado Orion que inclui um processador quântico de 16 qubits mas que também processa bits convencionais.
• 2017 – A D-Wave Systems lançou comercialmente o 2000Q, um computador quântico de 2000 qubits a módicos US$ 15 milhões.
• 2019 – Google cria um computador quântico chamado Sycamore com 54 bits quânticos, 53 dos quais funcionais.

Desvantagens

• É necessário resfriar os átomos até o zero absoluto.
• Volatilidade dos qubits, distúrbios no ambiente podem afetar resultados, exigindo isolamento.
• Dificuldade em Programar em Qubits.
• Encriptação de Chaves Públicas podem ser quebradas em horas ou dias.

Vantagens

• Computação Quântica pode ser usada para transmitir mensagens encriptografadas, fazendo uso da sua dualidade, com fótons polarizados, se alguém tentar acessar a transmissão, ela perde coerência e é possível saber se ela foi violada.
• SHA 256 – Ainda não é vulnerável por essa tecnologia
• Simulador de sistemas quânticos, descoberta de novos medicamentos
• Simulações a nível molecular = mais remédios, melhores e baratos

Um algoritmo quântico teria que realizar 10 mil operações para encontrar um nome em uma lista telefônica com 100 milhões de nomes. Em comparação, o típico computador binário teria que fazer 50 milhões de operações, na média.

Curiosidades

• Estados Unidos assina a Lei Nacional da iniciativa quântica investimento de 1.2 Bilhões de Dólares para o desenvolvimento.

Google

• Processador Sycamore 3min = 10 mil anos.

IBM

• Centro de computacao quantica.
• IBM Q System One.
• Processador atual consegue operar a 65 qubits.
• No ano que vem, o chip deve ser capaz de chegar a 127 qubits, seguido de 433 qubits em 2022, e 1.121 qubits em 2023.

Microsoft

• Linguagem Q#.
• Kit de desenvolvimento quântico gratuito.

Fim da Lei de Moore

• a quantidade de transitions chega a um limite.
• uso da computação quântica como solução.

Conclusão

Como foi explicado no decorrer do texto, existem vantagens e desvantagens a respeito da computação quântica, mas uma coisa é certa, por enquanto não existe a necessidade do usuário comum ter em mãos esse tipo de tecnologia. Novas necessidades terão que ser criadas e/ou encontradas.

Bibliografia

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Ciência Todo Dia. Computadores Quânticos Explicados. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=92eSz2X0AlU&list=TLPQMTcwOTIwMjDvbqxiDV9SiQ&index=5. Acesso em: 11 de Setem.2020.

Brasil Escola. O que é Computação Quantica. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-computacao-quantica.htm#:~:text=Computação. Acesso em: 11 de Setem.2020.

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G1. IBM divulga metas para computação quântica e projeta aceleração de nova geração de ‘supercomputadores’ Disponível em: https://g1.globo.com/economia/tecnologia/inovacao/noticia/2020/09/17/ibm-divulga-metas-para-computacao-quantica-e-projeta-aceleracao-de-nova-geracao-de-supercomputadores.ghtml. Acesso em: 11 de Setem.2020.