Quando você compra por meio de links afiliados em nosso site, podemos ganhar uma comissão sem nenhum custo adicional para você. Saiba Computação Quântica é uma área de pesquisa e desenvolvimento que se concentra em utilizar mecânica quântica para acelerar o desenvolvimento computacional. Isto posto, saiba o que é e como funciona a Computação Quântica no artigo abaixo.
O que é Computação Quântica?
A computação quântica é uma área de pesquisa e desenvolvimento que se concentra em como usar as propriedades únicas da mecânica quântica para realizar cálculos matemáticos mais rapidamente e resolver problemas computacionais com mais eficiência do que é possível atualmente com computadores clássicos que usam lógica booleana.
A mecânica quântica (também chamada de física quântica) é uma área de pesquisa e desenvolvimento que busca fornecer uma estrutura matemática para explicar uma ampla gama de fenômenos únicos que ocorrem apenas no nível atômico e subatômico.
Como funciona a Computação Quântica?
Os computadores quânticos são mais rápidos do que os computadores clássicos porque realizam cálculos de uma maneira fundamentalmente diferente.
Os computadores clássicos executam operações matemáticas usando procedimentos passo a passo chamados algoritmos para manipular bits binários representados por 0s ou 1s. Os resultados são determinísticos, o que significa que, dadas as mesmas condições iniciais, os mesmos procedimentos passo a passo sempre produzirão o mesmo resultado.
Em contraste, os computadores quânticos realizam operações matemáticas usando algoritmos para manipular bits quânticos (qubits). Os qubits também são representados por 0s e 1s, mas podem existir em uma superposição de ambos os estados simultaneamente. Dadas as mesmas condições iniciais, o mesmo algoritmo quântico produzirá uma distribuição de probabilidade para as probabilidades relativas de todos os resultados possíveis, em vez de um único valor determinístico.
Para resolver a distribuição de probabilidade e determinar um único valor, uma função matemática chamada “função de onda” captura informações sobre todos os estados possíveis em que o sistema pode estar – e todas as probabilidades associadas a cada estado. Interações repetidas com o sistema farão com que a função de onda entre em colapso e produza um resultado específico.
Gato de Schrödinger
O Gato de Schrödinger é um famoso experimento mental em mecânica quântica que ilustra o conceito de superposição e colapso da função de onda. O experimento mental foi proposto pelo físico austríaco Erwin Schrödinger em 1935 para explicar as propriedades únicas da física quântica.
O experimento pede ao participante que imagine que um gato foi colocado dentro de uma caixa lacrada junto com um frasco de veneno e um átomo radioativo que pode (ou não) decair.
Se o átomo radioativo decair, ele desencadeará a liberação do veneno e matará o gato. Se o átomo radioativo não decair, o frasco de veneno permanecerá intacto e o gato viverá.
De acordo com as regras da mecânica quântica, todo o sistema – incluindo o gato e o átomo – pode ser descrito por uma única função de onda que representa todos os vários resultados possíveis do experimento.
No contexto deste experimento mental, a função de onda descreve uma superposição de dois estados: um estado em que o átomo decaiu, liberou o veneno e matou o gato – e um estado em que o átomo não decaiu, o frasco de veneno permaneceu intacto e o gato está vivo.
Schrödinger explicou que, enquanto a caixa permanecer fechada, o gato permanecerá em uma superposição de dois estados porque o estado quântico do gato está emaranhado com o estado quântico do átomo.
Uma vez que alguém abre a caixa e observa o sistema, no entanto, a função de onda entrará em colapso e a distribuição de probabilidade será resolvida para um resultado específico que é calculado usando todas as probabilidades de seu estado de superposição. Quando isso acontecer, o gato estará vivo se for mais provável que o átomo não tenha decaído – ou morto se for mais provável que o átomo tenha decaído.
O experimento mental de Schrödinger é frequentemente usado para apresentar às pessoas as ideias de que (1) os sistemas quânticos podem existir em vários estados simultaneamente até que uma observação externa (também chamada de medição) faça com que a função de onda entre em colapso e (2) as medições no mundo quântico são inerentemente probabilísticas.
Decoerência e o alto custo da computação quântica
A computação quântica ainda é extremamente cara e propensa a erros porque, quando um sistema quântico interage com seu ambiente externo, qualquer tipo de emaranhamento pode imitar a maneira como uma função de onda entra em colapso e fazer com que o sistema quântico se comporte mais como um sistema clássico. Esse fenômeno é conhecido como decoerência.
Para mitigar a decoerência e garantir que os qubits possam existir em vários estados simultaneamente, os sistemas de computação quântica exigem ambientes altamente controlados e isolados que protejam os qubits de distúrbios externos, como flutuações de temperatura e interferência eletromagnética.
Requer sistemas criogênicos sofisticados que podem resfriar qubits a temperaturas extremamente baixas (perto do zero absoluto) e técnicas avançadas de blindagem que podem protegê-los de influências externas.
Sem maneiras eficazes de gerenciar a decoerência, o poder computacional dos sistemas quânticos é significativamente reduzido. Métodos para mitigar a decoerência, como códigos de correção de erros e técnicas de isolamento, são preocupações cruciais quando se trata de tornar a computação quântica prática e econômica.
Como a Computação Quântica está sendo usada atualmente?
Embora haja muita empolgação em torno do potencial da computação quântica, ela ainda está em seus estágios iniciais, e muitas aplicações práticas do uso da mecânica quântica para melhorar a computação clássica ainda estão nos estágios iniciais.
À medida que a tecnologia amadurece e os computadores quânticos se tornam mais acessíveis, espera-se que a computação quântica continue a impactar uma ampla gama de preocupações do setor, incluindo:
Criptografia: Os computadores quânticos podem potencialmente quebrar muitos dos esquemas criptográficos atualmente em uso, exigindo o desenvolvimento de novas técnicas de criptografia quântica segura.
Pesquisa Farmacêutica: Os pesquisadores estão usando a computação quântica para ajudar a modelar reações moleculares e químicas complexas, que podem levar à descoberta de novos medicamentos e melhorar a saúde.
Otimização e eficiência: Os modelos de entrega quântica como serviço estão sendo usados para tarefas como otimização de tráfego, logística da cadeia de suprimentos e modelagem financeira.
Inteligência Artificial e Aprendizado de Máquina: Os computadores quânticos estão sendo usados para acelerar a execução de algoritmos de aprendizado de máquina e tornar os resultados de inteligência artificial mais precisos.
Modelagem climática: A modelagem de sistemas ambientais complexos, que atualmente exigem poder computacional significativo, pode ser revolucionada pela computação quântica.
Ciência dos Materiais: A computação quântica tem o potencial de revolucionar o campo da ciência dos materiais, incluindo a descoberta de novos supercondutores.
Modelagem financeira: Os computadores quânticos podem ser usados para ajudar a otimizar estratégias de negociação, gerenciar riscos e aprimorar a modelagem de sistemas financeiros.
Agricultura: Os sistemas quânticos já estão sendo usados para otimizar o rendimento das colheitas, analisando sequências de DNA em plantas.
Gerenciamento de riscos: os computadores quânticos podem ser usados para analisar conjuntos de dados vastos e complexos para refinar modelos de risco e permitir avaliações de risco mais precisas.
Simulações quânticas: Um dos principais pontos fortes da computação quântica é sua capacidade de simular sistemas quânticos complexos que são difíceis de modelar com precisão para os computadores clássicos.
