O que é a computação quântica
A computação quântica e os supercomputadores que revolucionarão a tecnologia
Vivemos na era da tecnologia, mas ainda não vimos tudo: a computação quântica — que nos últimos anos deu pequenos, mas importantes passos incentivados pelas grandes empresas — promete revolucionar quase tudo o que sabemos. A seguir, revisamos suas possíveis aplicações, que vão desde a cibersegurança até a mobilidade, passando pela saúde.
Em um mundo binário de zeros e uns, os computadores quânticos seriam como os Albert Einstein da informática, cérebros eletrônicos extraordinários capazes de realizar em alguns segundos tarefas quase impossíveis para um computador clássico. A multinacional IBM será a primeira em comercializar um destes prodígios da tecnologia, o Q System One, um cubo de vidro com quase 3 x 3 metros e 20 qubits que foi apresentado em 2019 e estará disponível para o setor empresarial e a pesquisa.
O que é a computação quântica?
Este ramo da informática está baseado nos princípios da superposição da matéria e no entrelaçamento quântico para desenvolver uma computação diferente à tradicional. Em teoria, seria capaz de armazenar muitíssimos mais estados por unidade de informação e operar com algoritmos muito mais eficientes a nível numérico, como o de Shor ou o temple quântico.
Esta nova geração de supercomputadores aproveita o conhecimento da mecânica quântica — a parte da física que estuda as partículas atômicas e subatômicas — para superar as limitações da informática clássica. Apesar da computação quântica apresentar na prática problemas evidentes de escalabilidade e coerência, permite realizar inúmeras operações simultâneas e eliminar o efeito túnel (tunelamento) que afeta a programação atual na escala nanométrica.
O que é um Qubit?
A informática quântica utiliza como unidade básica de informação o qubit no lugar do bit convencional. A principal característica deste sistema alternativo é que admite a superposição coerente de zeros e uns, os dígitos do sistema binário sobre os quais se assenta toda a computação, diferentemente do bit, que só pode adotar um valor ao mesmo tempo: um ou zero.
Esta particularidade da tecnologia quântica faz com que um qubit possa ser zero e um ao mesmo tempo e, além disso, em diferentes proporções. A multiplicidade de estados possibilita que um computador quântico de apenas 30 qubits, por exemplo, possa realizar 10 trilhões de operações em vírgula flutuante por segundo, ou seja, cerca de 5,8 trilhões a mais do que a console PlayStation mais potente do mercado.
Diferenças entre a computação quântica e a tradicional
A computação quântica e a tradicional são dois mundos paralelos com algumas semelhanças e numerosas diferenças entre si, como o uso do qubit e não o bit. A seguir, revisamos três das mais relevantes:
Linguagem de programação
A computação quântica não tem um código próprio para programação e utiliza o desenvolvimento e implementação de algoritmos muito específicos. Porém, a informática tradicional possui linguagens padronizadas como Java, SQL ou Python, entre muitas outras.
Funcionalidade
Um computador quântico não é uma ferramenta para uso popular ou cotidiano, como um computador pessoal (PC). Estes supercomputadores são tão complexos que só têm cabida no âmbito corporativo, científico e tecnológico.
Arquitetura
A composição de um computador quântico é mais simples que a de um convencional e não tem memória nem processador. Estes equipamentos se limitam a um conjunto de qubits que servem de base para seu funcionamento.
O salto quântico da computação
A verdade dos computadores quânticos
A computação quântica contempla o uso dos qubits supercondutores para disparar de forma exponencial a velocidade dos computadores.
A construção de sistemas quânticos maiores
Os segmentos lineares de qubits possibilitaram uma concepção de quatro qubits supercondutores sobre um chip de um quarto de polegada quadrada.
A detenção e minimização de erros quânticos
A exposição ao calor faz com que os qubits sejam mais propensos a erros, mas já foi demonstrado como identificar erros bit-flip e phase-flip nos mesmos.
As aplicações dos computadores quânticos
A computação melhorará a análise big data, o desenvolvimento de novos medicamentos e materiais, a aprendizagem automática e a encriptação, etc.
Fonte: TechTarget.
Condições operacionais de um computador quântico
Estes computadores são extremamente sensíveis e precisam de condições muito concretas de pressão, temperatura e isolamento para funcionar sem erros. A interação destas máquinas com partículas externas provoca falhas de medição e o apagamento das superposições de estados; por essa razão, permanecem vedados e devem ser manejados via computadores convencionais.
Um computador quântico necessita de uma pressão atmosférica quase inexistente, uma temperatura ambiente próxima ao zero absoluto (-273 °C) e isolar-se do campo magnético terrestre para evitar que os átomos se movam e choquem entre si ou interajam com o ambiente. Além disso, estes sistemas funcionam durante intervalos muito curtos de tempo, razão pela qual a informação termina danificada, não podendo ser armazenada, dificultando ainda mais a recuperação dos dados.
Principais aplica da computação quântica aplicações
A segurança informática, a biomedicina, o desenvolvimento de novos materiais e a economia, são alguns dos âmbitos que poderiam viver uma grande revolução graças aos progressos da computação quântica. Aqui estão alguns de seus benefícios mais relevantes:
Finanças
As empresas otimizariam ainda mais suas carteiras de investimento e melhorariam os sistemas para a detecção de fraudes e a simulação.
Saúde
Este setor se beneficiaria do desenvolvimento de novos medicamentos e tratamentos personalizados geneticamente, bem como da pesquisa de ADN.
Cibersegurança
A programação quântica acarreta riscos, mas também progressos para a criptografia de dados, como o novo sistema Quantum Key Distribution (QKD). Esta nova técnica para o envio de informação sensível utiliza sinais luminosos para detectar qualquer intromissão no sistema.
Mobilidade e transporte
Companhias como Airbus utilizam a computação quântica para projetar aviões mais eficientes. Além disso, os qubits permitirão progressos notáveis nos sistemas de planejamento do trânsito e na otimização de rotas.
Qual é o estado atual da computação quântica?
A computação quântica encontra-se em um ponto de inflexão tecnológica. Grandes empresas do setor anunciaram o desenvolvimento de supercomputadores quânticos de grande escala e tolerantes a falhas, como o modelo "Quantum Starling", da IBM, que se espera que esteja operacional em 2029 com 200 qubits lógicos. Por outro lado, a Microsoft também apresentou avanços promissores em qubits topológicos com seu dispositivo "Majorana 1", embora ainda esteja sob uma rigorosa avaliação científica. Paralelamente, empresas como a Nvidia destacam que essa tecnologia já começa a oferecer vantagens em relação à computação clássica em determinadas tarefas, como simulação molecular.
A Europa também está realizando grandes investimentos nessa revolução. Na Espanha, por exemplo, já foram destinados mais de 59 milhões de euros à startup Multiverse Computing, especializada em software quântico e inteligência artificial. No entanto, ainda existem desafios técnicos como a correção de erros, a fidelidade das operações e a escalabilidade dos sistemas. A previsão é que as primeiras aplicações comerciais práticas possam ocorrer a partir de 2029.