{"id":10227,"date":"2023-08-03T08:00:58","date_gmt":"2023-08-03T11:00:58","guid":{"rendered":"https:\/\/www3.unicentro.br\/petfisica\/?p=10227"},"modified":"2024-03-31T12:01:13","modified_gmt":"2024-03-31T15:01:13","slug":"computacao-quantica","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www3.unicentro.br\/petfisica\/2023\/08\/03\/computacao-quantica\/","title":{"rendered":"Computa\u00e7\u00e3o Qu\u00e2ntica"},"content":{"rendered":"

[vc_row][vc_column][vc_column_text]<\/span><\/p>\n

\u00a0 \u00a0Se f\u00f4ssemos apostar em um ramo da ci\u00eancia que pode mudar o mundo como o conhecemos de forma dr\u00e1stica no futuro, um seria certamente a Computa\u00e7\u00e3o Qu\u00e2ntica. Isso porque computadores qu\u00e2nticos exploram os princ\u00edpios da mec\u00e2nica qu\u00e2ntica para realizar c\u00e1lculos de forma muito mais r\u00e1pida que qualquer computador cl\u00e1ssico (pelo menos em algumas tarefas) [1].<\/span><\/p>\n

\u00a0 \u00a0Em 1965, o engenheiro da IBM Gordon Moore observou que o tamanho dos transistores, que representam um bit de informa\u00e7\u00e3o, estavam ficando cada vez menores, ao passo que a velocidade do processamento de informa\u00e7\u00e3o aumentava [2]. Isso implicaria que em algum momento o limite de um bit por \u00e1tomo seria atingido. Nessa escala de tamanho, era natural pensar que a mec\u00e2nica qu\u00e2ntica teria uma influ\u00eancia importante [3].<\/span><\/p>\n

\u00a0 \u00a0Na d\u00e9cada de 1970, foi idealizado o algoritmo de Solovay-Strassen, que usava a aleatoriedade para determinar se um n\u00famero era primo ou composto. Desta forma, ele n\u00e3o dizia com certeza se um n\u00famero era primo ou n\u00e3o, mas dava uma probabilidade. Na \u00e9poca, por\u00e9m, n\u00e3o existia um dispositivo determin\u00edstico capaz de fazer esse processo. Ainda, em 1982, Richard Feynman<\/a> prop\u00f4s que os computadores cl\u00e1ssicos seriam incapazes de simular sistemas qu\u00e2nticos de forma eficiente [4].<\/span><\/p>\n

\u00a0 \u00a0Desta forma, em 1985, David Deutsch se questionou se seria poss\u00edvel construir uma m\u00e1quina de Turing usando as leis da f\u00edsica que tivesse comportamento probabil\u00edstico. Isso ganhou mais for\u00e7a quando Peter Shor, em 1994, desenvolveu um algoritmo para encontrar fatores primos de n\u00fameros inteiros, e demonstrou que isso seria facilmente resolvido em um computador qu\u00e2ntico. Outra grande contribui\u00e7\u00e3o foi a de Lov Grover, que mostrou que um computador qu\u00e2ntico seria muito mais eficiente em realizar uma busca em uma lista desordenada [4].<\/span><\/p>\n

\u00a0 \u00a0Mas afinal, por que computadores qu\u00e2nticos s\u00e3o t\u00e3o mais r\u00e1pidos que aqueles que temos em casa? Um computador tradicional funciona baseado em bits que s\u00f3 podem assumir os estados 0 e 1, a base bin\u00e1ria. J\u00e1 em um computador qu\u00e2ntico, um qubit (bit qu\u00e2ntico) pode estar nos dois estados, 0 e 1, ao mesmo tempo, num chamado estado de superposi\u00e7\u00e3o. Nos s\u00f3 saberemos o estado de um qubit op\u00f3s realizarmos uma medida, que ter\u00e1 certa probabilidade de resultar 0 ou 1. Se adicionarmos um segundo qubit, o sistema poder\u00e1 estar em uma superposi\u00e7\u00e3o de 4 estados: 00, 01, 10 e 11. Para encurtar a hist\u00f3ria, podemos dizer que um computador qu\u00e2ntico consegue realizar muitos c\u00e1lculos simultaneamente e encontrar a solu\u00e7\u00e3o de um problema baseando-se em probabilidades [1,3].<\/span><\/p>\n

\u00a0 \u00a0Isso tem uma aplica\u00e7\u00e3o especialmente importante no processo de dobramento de prote\u00ednas, j\u00e1 que, se esta for formada por uma cadeia de 100 amino\u00e1cidos, pode dobrar-se de trilh\u00f5es de maneiras diferentes. Encontrar a combina\u00e7\u00e3o de dobras que requer a menor energia para acontecer, por exemplo, n\u00e3o seria poss\u00edvel em um computador cl\u00e1ssico, j\u00e1 que ele teria que analisar cada combina\u00e7\u00e3o de forma individual [1].<\/span><\/p>\n

\u00a0 \u00a0Uma aplica\u00e7\u00e3o preocupante dos computadores qu\u00e2nticos \u00e9 que no futuro eles podem ser capazes de quebrar a criptografia RSA, que se baseia na fatora\u00e7\u00e3o de n\u00fameros primos muito grandes para manter um canal de comunica\u00e7\u00e3o seguro. Para se ter compara\u00e7\u00e3o, um supercomputador atual (cluster<\/em>1<\/sup> de computadores cl\u00e1ssicos) levaria cerca de 16 milh\u00f5es de anos para fazer tal processo [3].<\/span><\/p>\n

\u00a0 \u00a0Apesar de hoje j\u00e1 existirem computadores qu\u00e2nticos, eles ainda t\u00eam muitas limita\u00e7\u00f5es: os sistemas qu\u00e2nticos s\u00e3o altamente sens\u00edveis ao ambiente externo; o n\u00famero de qubits em um processador ainda \u00e9 pequeno (da ordem de centenas), e para resolver problemas pr\u00e1ticos \u00e9 necess\u00e1rio um n\u00famero da ordem de milhares ou milh\u00f5es de qubits. [3,5]. Al\u00e9m disso, sua constru\u00e7\u00e3o \u00e9 dif\u00edcil: eles s\u00f3 funcionam em temperaturas pr\u00f3ximas ao zero absoluto, atingidas por meio de superfluidos2<\/sup>, e utilizam materiais supercondutores<\/a> [1].<\/span><\/p>\n

\u00a0 \u00a0Grandes empresas como IBM e Google est\u00e3o investindo muito em pesquisas na \u00e1rea de computa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica. Entretanto, com a tecnologia e conhecimentos atuais, a computa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica est\u00e1 muito distante de ter uma real influ\u00eancia na vida das pessoas. Fazendo uma compara\u00e7\u00e3o com a hist\u00f3ria dos computadores tradicionais, seria como se tiv\u00e9ssemos as primeiras v\u00e1lvulas [5].<\/span><\/p>\n

Texto por: <\/strong>Cristhian Gean Batista Guimar\u00e3es.<\/span><\/p>\n

1<\/sup> Cluster = sistema que relaciona dois ou mais computadores que trabalham de maneira conjunta [6].<\/span>
\n2<\/sup> Superfluido = l\u00edquido em baixa em temperatura que se comporta como um fluido de viscosidade nula [7].<\/span><\/p>\n

Refer\u00eancias:<\/strong><\/span><\/p>\n

[1] O que \u00e9 computa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica?. IBM<\/strong>. Dispon\u00edvel em: <https:\/\/www.ibm.com\/br-pt\/topics\/quantum-computing<\/a>>. Acesso em: 07 de jul. de 2023.<\/span><\/p>\n

[2] KELLEHER, A. Lei de Moore \u2013 Agora e no Futuro. INTEL<\/strong>, 2022. Dispon\u00edvel em: https:\/\/www.intel.com.br\/content\/www\/br\/pt\/newsroom\/opinion\/moore-law-now-and-in-the-future.html<\/a>. Acesso em: 07 de jul. de 2023.<\/span><\/p>\n

[3] Veritasium. How Quantum Computers Break The Internet… Starting Now<\/strong>. YouTube,\u00a0 20 de mar. de 2023. Dispon\u00edvel em: https:\/\/youtu.be\/-UrdExQW0cs<\/a>.\u00a0 Acesso em: 07 de jul. de 2023.<\/span><\/p>\n

[4] NIELSEN, M. A., CHUANG, I. L. Computa\u00e7\u00e3o Qu\u00e2ntica e Informa\u00e7\u00e3o Qu\u00e2ntica<\/strong>. Porto Alegre: Bookman, 2005.<\/span><\/p>\n

[5] BARBOSA, A. O que \u00e9 computa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica?. Forbes<\/strong>, 2023. Dispon\u00edvel em: https:\/\/forbes.com.br\/forbes-tech\/2023\/06\/o-que-e-computacao-quantica\/<\/a>. Acesso em: 07 de jul. de 2023.<\/span><\/p>\n

[6] O que \u00e9 Cluster. UFES – Divis\u00e3o de TI<\/strong>. Dispon\u00edvel em: https:\/\/cti.saomateus.ufes.br\/o-que-%C3%A9-cluster<\/a>. Acesso em: 11 de jul. de 2023.<\/span><\/p>\n

[7] TIPLER, P. A., LLEWELLYN, R. A. Modern Physics<\/strong>. 5a eq. New York: W. H. Freeman and Company, 2008.<\/span><\/p>\n

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