A computação quântica usa a mecânica quântica para processar enormes quantidades de informação a uma velocidade incrivelmente alta. Leva alguns minutos a várias horas para um computador quântico resolver um problema que um computador desktop levaria anos ou décadas para resolver.
A computação quântica está preparando o terreno para uma nova geração de supercomputadores. Espera-se que esses computadores quânticos superem a tecnologia existente em áreas como modelagem, logística, análise de tendências, criptografia e inteligência artificial.
Computação Quântica Explicada
A ideia da computação quântica foi imaginada pela primeira vez no início dos anos 80 por Richard Feynman e Yuri Manin. Feynman e Manin acreditavam que um computador quântico poderia simular dados de maneiras que um computador desktop não poderia. Não foi até o final da década de 1990 que os pesquisadores construíram os primeiros computadores quânticos.
A computação quântica usa a mecânica quântica, como superposição e emaranhamento, para realizar cálculos. A mecânica quântica é um ramo da física que estuda coisas extremamente pequenas, isoladas ou frias.
A unidade primária de processamento da computação quântica são os bits quânticos ou qubits. Qubits são criados no computador quântico usando as propriedades mecânicas quânticas de átomos únicos, partículas subatômicas ou circuitos elétricos supercondutores.
Qubits são semelhantes aos bits usados por computadores desktop em que os qubits podem estar em um estado quântico 1 ou 0. Os qubits diferem porque também podem estar em uma superposição dos estados 1 e 0, o que significa que os qubits podem representar 1 e 0 simultaneamente.
Quando os qubits estão em superposição, dois estados quânticos são somados e resultam em outro estado quântico. Superposição significa que vários cálculos são processados simultaneamente. Assim, dois qubits podem representar quatro números simultaneamente. Computadores comuns processam bits em apenas um dos dois estados possíveis, 1 ou 0, e os cálculos são processados um de cada vez.
Os computadores quânticos também usam emaranhamento para processar qubits. Quando um qubit está emaranhado, o estado desse qubit depende do estado de outro qubit, de modo que um qubit revela o estado de seu par não observado.
O processador quântico é o núcleo do computador
Criar qubits é uma tarefa difícil. É preciso um ambiente congelado para manter um qubit por qualquer período de tempo. Os materiais supercondutores necessários para criar um qubit devem ser resfriados até o zero absoluto (cerca de menos 272 graus Celsius). Os qubits também devem ser protegidos do ruído de fundo para reduzir erros no cálculo.
O interior de um computador quântico parece um lustre de ouro. E, sim, é feito com ouro de verdade. É um refrigerador de diluição que resfria os chips quânticos para que o computador possa criar superposições e emaranhar qubits sem perder nenhuma informação.
O computador quântico faz esses qubits de qualquer material que exiba propriedades mecânicas quânticas que possam ser controladas. Projetos de computação quântica criam qubits de diferentes maneiras, como looping de fios supercondutores, elétrons girando e capturando íons ou pulsos de fótons. Esses qubits só existem nas temperaturas de congelamento criadas no refrigerador de diluição.
A Linguagem de Programação de Computação Quântica
Os algoritmos quânticos analisam os dados e oferecem simulações com base nos dados. Esses algoritmos são escritos em uma linguagem de programação com foco quântico. Várias linguagens quânticas foram desenvolvidas por pesquisadores e empresas de tecnologia.
Estas são algumas das linguagens de programação de computação quântica:
- QISKit: O Quantum Information Software Kit da IBM é uma biblioteca completa para escrever, simular e executar programas quânticos.
- Q: A linguagem de programação incluída no Microsoft Quantum Development Kit. O kit de desenvolvimento inclui um simulador quântico e bibliotecas de algoritmos.
- Cirq: Uma linguagem quântica desenvolvida pelo Google que usa uma biblioteca python para escrever circuitos e executar esses circuitos em computadores quânticos e simuladores.
- Forest: Um ambiente de desenvolvimento criado pela Rigetti Computing que escreve e executa programas quânticos.
Usos para computação quântica
Computadores quânticos reais tornaram-se disponíveis nos últimos anos, e apenas algumas grandes empresas de tecnologia têm um computador quântico. Algumas dessas empresas de tecnologia incluem Google, IBM, Intel e Microsoft. Esses líderes de tecnologia estão trabalhando com fabricantes, empresas de serviços financeiros e empresas de biotecnologia para resolver uma variedade de problemas.
A disponibilidade de serviços de computação quântica e o avanço no poder da computação oferece aos pesquisadores e cientistas novas ferramentas para encontrar soluções para problemas que antes eram impossíveis de resolver. A computação quântica reduziu a quantidade de tempo e recursos necessários para analisar quantidades incríveis de dados, criar simulações sobre esses dados, desenvolver soluções e criar novas tecnologias que corrigem problemas.
Os negócios e a indústria usam a computação quântica para explorar novas formas de fazer negócios. Aqui estão alguns dos projetos de computação quântica que podem beneficiar os negócios e a sociedade:
- A indústria aeroespacial usa a computação quântica para investigar melhores maneiras de gerenciar o tráfego aéreo.
- As empresas financeiras e de investimento esperam usar a computação quântica para analisar o risco e o retorno de investimentos financeiros, otimizar estratégias de portfólio e resolver transições financeiras.
- Os fabricantes estão adotando a computação quântica para melhorar suas cadeias de suprimentos, criar eficiências em seus processos de fabricação e desenvolver novos produtos.
- As empresas de biotecnologia estão explorando maneiras de acelerar a descoberta de novos medicamentos.
Encontre um computador quântico e experimente a computação quântica
Alguns cientistas da computação desenvolvem métodos para simular a computação quântica em um computador desktop.
Muitas das maiores empresas de tecnologia do mundo oferecem serviços quânticos. Quando combinados com computadores e sistemas de mesa, esses serviços quânticos criam um ambiente em que o processamento quântico - com computadores de mesa - resolve problemas complexos.
- A IBM oferece o ambiente IBM Q com acesso a vários computadores quânticos reais e simulações que você pode usar por meio da nuvem.
- Alibaba Cloud oferece uma plataforma em nuvem de computação quântica onde você pode executar e testar códigos quânticos personalizados.
- A Microsoft oferece um kit de desenvolvimento quântico que inclui a linguagem de programação Q, simuladores quânticos e bibliotecas de desenvolvimento de código pronto para uso.
- Rigetti tem uma plataforma de nuvem quântica que está atualmente em beta. A plataforma deles é pré-configurada com o Forest SDK.
Notícias de Computação Quântica no Futuro
O sonho é que os computadores quânticos resolvam problemas atualmente muito grandes e complexos para serem resolvidos com hardware padrão - particularmente para modelagem ambiental e contenção de doenças.
Os computadores desktop não têm espaço para executar esses cálculos complexos e realizar essa quantidade incrível de análise de dados. A computação quântica pega as maiores coleções de big data e processa essas informações em uma fração do tempo que levaria em um computador desktop. Dados que levariam vários anos para serem processados e analisados por um computador desktop levam apenas alguns dias para um computador quântico.
A computação quântica ainda está em sua infância, mas tem potencial para resolver os problemas mais complexos do mundo na velocidade da luz. Ninguém sabe até que ponto a computação quântica crescerá e a disponibilidade de computadores quânticos.
