Tecnologia

O que é computação quântica?


A computação quântica usa a mecânica quântica para processar enormes quantidades de informações a uma velocidade incrivelmente alta. Demora de alguns minutos a várias horas para um computador quântico resolver um problema que um computador de mesa 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.

Quantum Computing Explained
A ideia da computação quântica foi imaginada pela primeira vez no início dos anos 1980 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. Foi só no 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 de processamento primária da computação quântica são os bits quânticos ou qubits. Qubits são criados no computador quântico usando as propriedades mecânicas quânticas de átomos individuais, 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. Portanto, dois qubits podem representar quatro números simultaneamente. Os computadores normais processam bits em apenas um dos dois estados possíveis, 1 ou 0, e os cálculos são processados ​​um de cada vez.

Esfera de Bloch Qubit Computação quântica
KissCC0.com / CC0
Os computadores quânticos também usam o 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 Quantum é o núcleo do computador
Criar qubits é uma tarefa difícil. É necessário um ambiente congelado para manter um qubit por qualquer período de tempo. Os materiais supercondutores necessários para criar um qubit devem ser resfriados a zero absoluto (cerca de menos 272 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 chique. E, sim, é feito com ouro verdadeiro. É um refrigerador de diluição que resfria os chips quânticos para que o computador possa criar superposições e emaranhar qubits sem perder nenhuma das informações.

Computação Quântica, O Qbit
james childs / CC0 / PublicDomainPictures.net
O computador quântico faz esses qubits a partir de qualquer material que exiba propriedades mecânicas quânticas que podem ser controladas. Os projetos de computação quântica criam qubits de maneiras diferentes, como fio supercondutor em loop, elétrons girando e aprisionando íons ou pulsos de fótons. Esses qubits só existem nas temperaturas de sub-congelamento criadas no refrigerador de diluição.

A Linguagem de Programação Quantum Computing
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. Diversas 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 full-stack para escrever, simular e executar programas quânticos.
P # : 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.
Floresta : Um ambiente de desenvolvedor 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 possuem um computador quântico. Algumas dessas empresas de tecnologia incluem Google, IBM, Intel e Microsoft. Esses líderes de tecnologia estão trabalhando com fabricantes, firmas de serviços financeiros e firmas de biotecnologia para resolver uma variedade de problemas.

A experiência IBM Q em um tablet na IBM Research
IBM Research / CC BY 2.0 / Flickr
A disponibilidade de serviços de computação quântica e o avanço no poder da computação fornecem 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 maneiras de fazer negócios. Aqui estão alguns dos projetos de computação quântica que podem beneficiar as empresas e a sociedade:

A indústria aeroespacial usa 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 dos investimentos financeiros, otimizar estratégias de portfólio e liquidar 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 desktop, esses serviços quânticos criam um ambiente onde o processamento quântico – com computadores desktop – 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.
O Alibaba Cloud oferece uma plataforma de computação quântica em nuvem 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. Sua plataforma é pré-configurada com seu Forest SDK.
Notícias de computação quântica no futuro
O sonho é que os computadores quânticos resolverão problemas atualmente grandes e complexos demais 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 um computador de mesa levaria vários anos para processar e analisar 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 qual será a disponibilidade de computadores quânticos.

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