Introdução a Computação Quântica

Uma máquina quântica é um tipo de computador que usa a mecânica quântica para o processamento de informações, o que faz com mais eficiência do que uma máquina normal.

O segredo do poder de um computador quântico reside na sua capacidade de gerar e manipular bits quânticos ou qubits.

A Computação Quântica foi iniciada no início dos anos 80, quando Richard Feynman e Yuri Manin expressaram a ideia de que um computador quântico tinha o potencial de simular coisas que um computador clássico não podia. Em 1994, Peter Shor apresentou um algoritmo quântico (um algoritmo para rodar em máquinas quânticas) que tinha o potencial de descriptografar todas as comunicações seguras, o chamado Algoritmo de Shor.

Créditos: Mehau Kulyk Getty Images

Um computador clássico tem uma memória composta de bits, onde cada bit é representado por um ou zero.

Os computadores quânticos, por outro lado, usam qubits, que são tipicamente partículas subatômicas, como elétrons ou fótons. Enquanto o bit só pode ter o valor 1 ou o valor 0, o qubit pode conter os dois valores 1, 0 ou 1 e 0. Para colocar os qubits em superposição, os pesquisadores os manipulam usando lasers de precisão ou feixes de microondas.

Uma máquina quântica com vários qubits em superposição pode processar um vasto número de resultados potenciais simultaneamente. O resultado final de um cálculo surge apenas quando os qubits são medidos, o que imediatamente faz com que seu estado quântico “colapse” para 1 ou 0.

Os pesquisadores podem gerar pares de qubits que estão “emaranhados”, o que significa que os dois membros de um par existem em um único estado quântico. Alterar o estado de um dos qubits mudará instantaneamente o estado do outro de uma maneira previsível. Isso acontece mesmo se eles estiverem separados por grandes distâncias.

Em um computador convencional, dobrar o número de bits dobra sua capacidade de processamento. Mas, devido ao emaranhamento, a adição de qubits extras a uma máquina quântica produz um aumento exponencial em sua capacidade de processamento de números.

Gerar e gerenciar qubits é um dos desafios dentro desse campo. Algumas empresas usam circuitos supercondutores outras prendem átomos individuais em campos eletromagnéticos em um chip de silício em câmaras de vácuo. Em ambos os casos, o objetivo é isolar os qubits em um estado quântico controlado.

Aplicações como, por exemplo, na criptografia demonstra seu potencial de utilização. Normalmente, para um computador comum quebrar uma criptografia irá necessitar de alguns milhares de anos. Porem, para computadores quânticos, este problema seria resolvido em questões de segundos (mais sobre criptografia pode ser encontrado nesse texto).

Diversas universidades e empresas espalhadas pelo mundo concentram esforços para a criação de uma máquina quântica mas até o momento apenas alguns elementros, como portas lógicas, foram desenvolvidos.

No Brasil, há núcleos de pesquisa em universidades públicas do Rio de Janeiro e Paraíba. Há também um grupo de pesquisadores no LNCC(Laboratório Nacional de Computação Científica) dedicado exclusivamente para as pesquisas na área quântica da computação. Segundos estes pesquisadores, a área de hardware quântico no Brasil trabalha com protótipos, mas cooperam principalmente com os grandes grupos internacionais de pesquisas.

Pra saber mais e algumas referências: 

[1] https://www.technologyreview.com/s/612844/what-is-quantum-computing/

[2] https://canaltech.com.br/hardware/O-que-e-computacao-quantica/

[3] https://olhardigital.com.br/noticia/computacao-quantica-entenda-o-que-e-e-veja-os-processadores/51722

[4] The National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine (2019). Grumbling, Emily; Horowitz, Mark, eds. Quantum Computing : Progress and Prospects (2018).

[5] Feynman, Richard (June 1982). “Simulating Physics with Computers” . International Journal of Theoretical Physics. [6] Mermin, David (March 28, 2006). “Breaking RSA Encryption with a Quantum Computer: shor’s FactoringAlgorithm” . Cornell University, Physics 481-681 Lecture Notes.

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