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Computadores Quânticos: o que são, como funcionam e para que servem

Em 1950 a humanidade observou o surgimento de um novo tipo de máquina que revolucionaria toda a civilização humana. A primeira geração dos computadores funcionava à base de válvulas eletrônicas e circuitos. Mais de 70 anos depois, vivenciamos o surgimento da nova era da computação, a era dos computadores quânticos que promete revolucionar tudo mais uma vez.

Neste artigo falarei sobre o funcionamento de um computador quântico e algumas de suas principais funcionalidades atuais.

IBM quantum computer | An IBM Q cryostat used to keep IBM's … | Flickr
Computador quântico. Fonte: Flickr

Como funcionam?

Enquanto nos computadores tradicionais, cuja computação é baseada em valores binários – 0 ou 1, verdadeiro ou falso – a computação quântica se baseia em bits quânticos, os famosos qubit.

Um qubit não necessariamente se limita a um valor ou outro, podendo ser 0, 1 ou até mesmo apresentar valores sobrepostos.

Sobreposição e interferência quântica 

Gato de Schrödinger

Provavelmente você já ouviu falar do gato de Schrödinger, aquele gato zumbi que teoricamente estaria vivo e morto – ao mesmo tempo – dentro de uma caixa até que você a abra e descubra.

A mecânica quântica chama isso de sobreposição quântica, um princípio que explica como um sistema pode se apresentar em todos os estados possíveis simultaneamente.

Além deste fenômeno, um outro denominado interferência quântica permite que os qubits também se sobreponham uns aos outros.

Math Work Mathematics Formulas - Free photo on Pixabay

Agora que você entendeu os conceitos básicos por trás de um processador quântico e a diferença entre um bit e um qubit, talvez esteja pensando “Mas que diferença faz um computador quântico poder exibir 0 e 1 ao mesmo tempo?”.

Em 2019 a divisão de Inteligência Artificial do Google projetou o Sycamore, um processador quântico capaz de realizar em pouco mais de 3 minutos um cálculo que o Summit da IBM, na época computador mais rápido do mundo, levaria 10 mil anos para resolver.

Esta capacidade de processamento e super velocidade permitirá uma enorme gama de possibilidades de aplicações no futuro.

Para que servem?

De inteligência artificial à desenvolvimento de moléculas proteicas, os computadores quânticos possuem mil e uma utilidades interessantes. Abaixo abordarei três delas.

EPR

Logística

O Problema do caxeiro-viajante é um famoso problema de logística que busca determinar a menor rota entre cidades na qual empresas e vendedores necessitam percorrer, assim otimizando a rota e reduzindo possíveis gastos de viagem ou transporte.  Este é um problema relativamente difícil para um computador tradicional resolver, porém bem simples para um computador quântico.

Sabendo disso, a Volkswagen vem realizando uma série de programas pilotos para otimizar cada vez mais a logística de tráfego da empresa.

“Otimizar o tráfego é um desses usos possíveis. A orientação de tráfego inteligente que usa a capacidade de desempenho de um computador quântico pode fornecer suporte significativo para cidades e passageiros.”

Martin Hofmann, CIO da Volkswagen.

Química Quântica  

Chemistry School Color - Free image on Pixabay

Em 2018, a Mercedes-Benz, após realizar uma parceria com o Google e a IBM, divulgou que estaria usando computadores quânticos para desenvolver baterias melhores.

Em 2020, um artigo no site oficial da IBM anuncia “Usamos um computador quântico para modelar o momento de dipolo de três moléculas contendo lítio, o que nos deixa um passo mais perto das baterias de enxofre e lítio de última geração (Li-S) que seriam mais poderosas, duráveis e mais baratas do que o lítio amplamente usado em baterias atuais”.

O artigo aborda o paper científico Simulações de química quântica de produtos dominantes em baterias de lítio-enxofre , onde foi demostrado pela primeira vez como cientistas puderam calcular o momento dipolo para hidretos de lítio usando tecnologia quântica.

Esta área de estudo é denominada Química quântica. Revela-se muito promissora, uma vez que os computadores atuais são limitados para cálculos envolvendo moléculas grandes e complexas.

Internet das Coisas

De forma bem resumida, a Internet das Coisas ou IoT – do inglês Internet of Things – é o sistema que buscar conectar objetos – “coisas” – à rede mundial de computadores, trazendo assim autonomia, conectividade e inteligência aos aparelhos.

Segundo a Business Insider Intelligence, até 2023, aproximadamente 40 bilhões de dispositivos IoT – incluindo sensores, máquinas, pessoas e dados – estarão conectados à rede.

Logo, surge um desafio: Como processar e monitorar essa quantidade de informação? Segundo Chuck Brooks, presidente da Brooks International, a solução está nos computadores quânticos.

“Conforme os recursos de computação quântica avançam, devemos agir agora para preparar a IoT para o mundo quântico”

– Chuck Brooks em contribuição à Forbes 

Os computadores quânticos serão capazes de processar as informações e lidar com um dos grandes desafios da IoT, a cyber segurança dos aparelhos e dados compartilhados. Através de criptografias quânticas, uma espécie de criptografia praticamente impossível de ser hackeada, é possível manter a segurança e, principalmente, a confiança dos usuários de IoTs.

Existe um enorme universo de assuntos que envolvem computadores quânticos. Continue acompanhando os artigos do Blog da Engenharia, pois ainda trarei muita coisa interessante sobre o assunto.


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