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.
A multinacional IBM será a primeira em comercializar um desses avanços tecnológicos com o lançamento do Q System One, um cubo de vidro de aproximadamente 3 × 3 metros e 20 qubits que foi apresentado em 2019 e estará disponível para o setor empresarial e a pesquisa. Mas o que exatamente representa essa tecnologia e quais são suas aplicações? Nesta análise, abordamos os conceitos, usos e evolução dessa tecnologia fundamental para a revolução da informática.
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?
O qubit (bit quântico) é a unidade elementar de informação em um computador quântico, sendo análoga ao bit na computação clássica. Diferentemente de um bit tradicional, que assume apenas um dos valores —0 ou 1—, o qubit pode existir em uma superposição de ambos estados ao mesmo tempo graças às propriedades da mecânica quântica. Isso significa que um qubit pode representar ao mesmo tempo 0 e 1, permitindo que computadores quânticos processem muito mais informação de forma paralela. Além disso, os qubits podem estar entrelaçados, de forma que o estado de um depende do estado de outro, o que amplia ainda mais a capacidade computacional dos sistemas quânticos.
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. Uma das principais diferenças em relação à física clássica é que os resultados quânticos são probabilísticos, e não determinísticos.
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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. Destacam-se os seguintes aspectos:
Capacidade de processamento
Na computação quântica, a capacidade computacional cresce de forma exponencial à medida que mais qubits são adicionados, graças à superposição (um qubit representa vários valores ao mesmo tempo) e ao entrelaçamento (qubits interligados que atuam como um sistema coerente). Isso significa que cada qubit adicional aumenta a possibilidade de combinações, multiplicando o poder de cálculo. Já na computação clássica, o aumento de performance é linear: cada transistor adicional (os componentes que processam a informação) melhora o rendimento, mas contribui com somente uma unidade de capacidade de processamento.
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
Os computadores quânticos têm uma arquitetura distinta dos convencionais, sem a estrutura tradicional baseada em memória e processador. Tais sistemas agregam qubits que, por meio da superposição e do entrelaçamento, permitem que os computadores quânticos explorem simultaneamente todos os caminhos possíveis em uma busca, encontrando a solução com maior rapidez.
Taxa de erro
Enquanto computadores clássicos operam com altíssima precisão e contêm sistemas de correção de erros eficientes, os computadores quânticos ainda enfrentam taxas de erro consideráveis. A decoerência quântica —a perda de coerência no estado quântico— ocorre porque os qubits são extremamente sensíveis a perturbações externas como calor, ruído ou vibrações, o que pode comprometer os cálculos.
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 computação quântica oferece novas oportunidades para resolver problemas dos recursos computacionais clássicos. Essas possibilidades podem ser agrupadas em quatro áreas:
- Simulação: aprimoramento de processos de P&D+i em setores como saúde, química, agroindústria; em modelos financeiros; em previsão meteorológica; ou na ciência e design de novos materiais.
- Inteligência artificial: possibilita a execução de modelos avançados de aprendizado automático e grandes modelos de linguagem, entre outros
- Otimização: permite melhorar a gestão e medição do trânsito urbano (smart cities), cadeias de fornecimento em tempo real e redes de distribuição e telecomunicações.
- Criptografia: com a evolução dos métodos de criptografia de dados e novos métodos de transmissão segura.
No entanto, algumas das principais aplicações da computação clássica são:
Finanças
A computação quântica pode transformar as finanças ao permitir uma otimização muito mais rápida e precisa das carteiras de investimento, analisando múltiplas variáveis e cenários simultaneamente para maximizar os rendimentos e reduzir os riscos. Também melhora a deteção de fraudes, identificando padrões complexos e anomalias em grandes volumes de dados em tempo real, e facilita simulações financeiras avançadas.
Saúde
Este setor se beneficiaria do desenvolvimento de novos medicamentos e tratamentos personalizados geneticamente, bem como da pesquisa de ADN. Os sensores quânticos também podem detectar mudanças minúsculas no corpo humano, permitindo diagnósticos mais precoces e precisos de doenças como o câncer. Além disso, eles permitem melhorar a imagemologia médica com imagens de alta resolução em nível molecular, o que melhora significativamente a qualidade das ressonâncias magnéticas e outros métodos.
Cibersegurança
O poder dos computadores quânticos poderia colocar em risco os sistemas de criptografia tradicionais, pois eles seriam capazes de quebrar códigos que hoje são considerados invioláveis. No entanto, ao mesmo tempo, a computação quântica impulsiona avanços revolucionários na proteção de dados, como a Distribuição de Chaves Quânticas (QKD). Esse método inovador utiliza sinais luminosos para transmitir chaves de criptografia de forma extremamente segura, pois qualquer tentativa de interceptação altera o estado das partículas quânticas e pode ser detectada imediatamente.
Mobilidade e transporte
A computação quântica permite projetar meios de transporte mais eficientes, um método que já é utilizado pela Airbus na conceituação e desenvolvimento de aeronaves. Além disso, os qubits permitirão avanços notáveis nos sistemas de planejamento do trânsito e na otimização de rotas. Os sensores quânticos também são capazes de melhorar a precisão dos sistemas de navegação, especialmente em locais onde os sinais de GPS são fracos ou inexistentes, como no espaço ou debaixo d'água.
Computação quântica no setor energético
A computação quântica está começando a abrir novas possibilidades no setor energético, oferecendo ferramentas para otimizar a gestão de redes, melhorar a eficiência dos sistemas e acelerar o desenvolvimento de tecnologias limpas. Estas são algumas das novas possibilidades:
Qual é o estado atual da computação quântica?
A computação quântica se encontra em um ponto de inflexão tecnológica. Esse estado pode ser medido graças ao QTRL (Technology Readiness Level of Quantum Computing Technology), uma escala que mede o nível de maturidade das tecnologias de computação quântica. Essa escala conta com nove níveis, em que QTRL1 representa o nível mais baixo de preparação tecnológica e QTRL9 o mais alto. Atualmente, a maioria das tecnologias de computação quântica está em níveis intermediários da escala QTRL, geralmente entre QTRL3 e QTRL5.
Países como EUA, China e os da Europa lideram em termos de desenvolvimento da computação quântica, tanto em tecnologia quanto em investimento. Austrália, Japão e Cingapura também despontam como centros importantes para o avanço da computação quântica. Entre as empresas globais de destaque estão:
- Google: o mais recente chip quântico do Google, Willow, com 105 qbits, demonstrou ser capaz de reduzir significativamente os erros à medida que escala. Sua tecnologia base é o “quantum annealing”
- IBM: desde o Quantum System One, a multinacional tem se concentrado em computadores quânticos para fins comerciais, como o IBM Quantum System Two, localizado em Yorktown Heights (Nova York), projetado para ser modular e flexível. A abordagem modular permite escalabilidade e adaptabilidade, aspectos críticos para a evolução da infraestrutura de computação quântica.
Iniciativas de computação quântica nas quais a Iberdrola participa
Na Iberdrola, exploramos o potencial da computação quântica para transformar a gestão energética do futuro, em especial no campo das redes inteligentes. Em parceria com a empresa Multiverse Computing (País Vasco)
External link, opens in new window. , desenvolvemos algoritmos quânticos aplicados à otimização dos fluxos de energia na rede elétrica, o que permitirá uma maior eficiência em cenários cada vez mais complexos devido à integração das energias renováveis.
Também participamos do projeto EMIE (Eficiência de Modelos LLM para Indústrias Estratégicas), uma iniciativa do programa Hazitek (2024-2026) também liderada pela Multiverse. O objetivo é gerar ativos de conhecimento reutilizáveis e escaláveis —como algoritmos, formulações ou patentes— baseados em computação quântica híbrida, aplicáveis a casos de uso reais na distribuição de energia. Este projeto busca identificar e abordar com tecnologias quânticas os grandes desafios de otimização, processamento de informação e simulação das redes inteligentes, abrindo caminho para aplicações industriais com valor de mercado nos próximos anos.