Computador Quântico

Entenda como funciona um Computador Quântico!

Profissionais que trabalham com processamento de dados científicos, big data e machine learning, sabem que a execução de cálculos muito complexos pode exigir máquinas realmente poderosas. O computador quântico faz uso de propriedades da mecânica quântica, tais como sobreposição e interferência, para executar cálculos que seriam impraticáveis em termos de processamento na computação tradicional.

Diferente dos modelos convencionais de computação, que se baseiam em representações clássicas de memória computacional, como a máquina de Turing ou o cálculo de Lambda, a computação quântica possibilita transformar a memória em uma superposição quântica de possíveis estados clássicos [1].

Neste artigo, falaremos sobre a origem da computação quântica e da sua aplicabilidade real, principalmente após recente avanço do time da Google AI, que declarou ter executado em 200 segundos uma tarefa que demoraria 10 mil anos utilizando um supercomputador tradicional.

 

História da Computação Quântica

O desenvolvimento das pesquisas relacionadas à computação quântica iniciou-se ainda na década de 50, quando os primeiros cientistas teorizaram sobre a possibilidade de aplicar as leis da física e da mecânica quântica no processamento computacional.

Já em 1981, Richard Feynman apresentou, em uma conferência do MIT, a proposta para utilização, em computadores, de sistemas quânticos.

As décadas de 80 e de 90 foram marcadas por proposições teóricas acerca da viabilidade da computação quântica e de algoritmos que seriam aplicados nesta nova arquitetura.

O primeiro processador quântico só viria a surgir em 2007, desenvolvido pela empresa canadense D-Wave e conhecido como Orion. Esta mesma empresa foi a primeira a comercializar o primeiro computador quântico em 2011, o D-Wave One. Entretanto, este computador ainda não era totalmente independente, pois necessitava ser utilizado em conjunto com computadores convencionais.

Em 2019, o Google afirmou ter atingido a supremacia quântica, ponto em que uma atividade que levaria milhares de anos para ser executada por um supercomputador tradicional é executada em minutos por um computador quântico.

Embora essa supremacia liderada pelo Google seja uma ótima notícia, ainda existe muito avanço a ser desenvolvido neste campo.

A Mecânica Quântica é considerada a mais bem sucedida teoria física, tendo sido aplicada em diversos ramos, como na física de partículas, atômica e molecular até na astrofísica e na matéria condensada. [2]

 

Como funciona um computador quântico?

Para compreender o funcionamento de um computador quântico de forma profunda é preciso conhecer alguns conceitos advindos da física quântica, como sobreposição quântica, experiência do gato de Schrödinger, entrelaçamento quântico ou “ação fantasmagórica à distância”, teletransporte quântico e o espalhamento de Rutherford.

Entretanto, neste artigo, não entraremos em detalhes desses fenômenos quânticos. Focaremos nas diferenças entre as duas arquiteturas: a computação baseada em transistores e a computação quântica.

A primeira grande diferença é que enquanto os computadores atuais utilizam bits como unidades básicas de informação, o computador quântico utiliza o Bit quântico ou q-bit.

Diferentemente da computação clássica em que a informação pode assumir os estados ‘0’ ou ‘1’, agora também é possível assumir ambos os estados ao mesmo tempo.

Ou seja, se na computação clássica o processamento é sequencial, na computação quântica o processamento é simultâneo.

Este processo significa o fim da dualidade de estados, pois os q-bits podem apresentar vários estados. Assim, uma partícula pode estar em diferentes estados simultaneamente, o que caracteriza o processo da superposição e permite cálculos simultâneos.

Para a manipulação dos estados quânticos utilizam-se portas lógicas quânticas, dispositivos que utilizam manipulação de probabilidades com técnicas ópticas para radiação eletromagnética. Neste processo, átomos podem ser excitados ou não, ou ainda sim e não ao mesmo tempo.

Outro método, mais estável para a transmissão de informações, utiliza a manipulação de fótons. O problema deste outro método é que é necessário o uso de um átomo mediador, o que adiciona ruído ao processo.

Já para realizar o armazenamento dos q-bits, utiliza-se armadilhas de íons, denominadas “íon traps”.

Ou seja, na computação quântica saímos de uma arquitetura de transistores, em que o aumento de velocidade se dá na miniaturização de componentes de hardware, e passamos a utilizar uma arquitetura em que o limite físico de compenentes está em escala atômica.

 

Aplicabilidade da computação quântica

Os computadores quânticos operam com princípios completamente diferentes dos computadores atuais, o que os torna realmente adequados para resolver problemas matemáticos específicos, como encontrar números primos muito grandes.

Além disso, no campo da ciência, muitos cálculos não podem ser executados hoje por supercomputadores tradicionais, como modelagem de reações químicas complexas ou projetar novas moléculas para uso na medicina. [3]

Esses são alguns exemplos de problemas não resolvidos hoje, mas que teriam solução com um computador quântico. Por exigir cuidados específicos, a tendência é que o processamento quântico será fornecido via serviços de computação em nuvem, oferecidos por empresas como Google, IBM, Microsoft e Amazon.

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About the Author: Pedro César Tebaldi Gomes

Atua há 10 anos no mercado B2B de tecnologia da informação como gerente de marketing, tendo escrito mais de 500 artigos sobre tecnologia durante esse período. Estuda ciência de dados, machine learning e estatística para atingir melhores resultados de negócios.

2 Comments

    1. Verdade Thales! Existe toda uma discussão da real aplicação da computação quântica nos dias de hoje. Embora já existam tais computadores em funcionamento, ainda é fora da realidade o seu desenvolvimento comercial. Existem questionamentos da área acadêmica quanto a validade dos resultados apresentados pelo time da Google, por exemplo. E, como bem sabemos, qualquer notícia relacionada ao assunto gera oscilações positivas nos resultados das ações das empresas na bolsa de valores…

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