O que você precisa saber
- A computação quântica utiliza qubits que podem representar vários estados ao mesmo tempo, permitindo que essas máquinas resolvam problemas com muito mais eficiência do que os computadores clássicos.
- É baseado em princípios da física quântica, como superposição, entrelaçamento e interferência, que permitem um processamento paralelo massivo.
- Os computadores quânticos se destacam em tarefas complexas, como simulação de moléculas, otimização de logística e desenvolvimento de novos materiais — áreas em que os computadores tradicionais enfrentam dificuldades.
- Empresas líderes como Google, IBM, Microsoft e Amazon correndo para construir sistemas quânticos práticos, com hardware real já acessível através da nuvem.
- Embora ainda esteja em fase experimental, a tecnologia quântica está progredindo rapidamente, com avanços potenciais esperados nos próximos 5 a 10 anos.
A computação quântica pode transformar setores, desde a saúde até a segurança cibernética – mesmo que você nunca use uma diretamente, o impacto chegará até você. Entre em contato com o departamento de fraudes do seu banco.
O que é computação quântica?
A computação quântica é uma forma avançada de computação baseada nos princípios da física quântica (a ciência que estuda o comportamento de partículas minúsculas, como os átomos). Enquanto os bits comuns podem ser 0 ou 1, os computadores quânticos utilizam bits quânticos (qubits), que podem ser 0 e 1 ao mesmo tempo.
Isso permite que os computadores quânticos processem enormes quantidades de informação e explorem inúmeras soluções possíveis ao mesmo tempo. Eles podem resolver problemas em áreas como química e logística que levariam milhões de anos para serem resolvidos por computadores clássicos.
O que é computação quântica explicada em termos simples?
Pode ser difícil entender isso. Tente pensar na computação quântica como tentar todas as respostas possíveis para uma pergunta difícil ao mesmo tempo, em vez de uma por uma. Ela faz isso usando partículas que podem manter vários estados ao mesmo tempo. Isso acontece devido a uma propriedade estranha da física quântica chamada superposição, que explicaremos com mais detalhes abaixo.
Não é mágica. É física muito inteligente. Ao aproveitar fenômenos complexos como o entrelaçamento, os computadores quânticos podem processar dados complexos em paralelo. Isso oferece novas possibilidades para resolver alguns dos problemas mais difíceis do mundo.
Como funciona a computação quântica?
A computação quântica é alimentada pelo comportamento estranho e surpreendentemente poderoso de partículas tão pequenas que não podem ser vistas. Para realmente compreender o que está acontecendo, é preciso mergulhar em algumas ideias-chave da física quântica. Essas regras incomuns são o que dão aos computadores quânticos sua vantagem, permitindo-lhes lidar com problemas complexos muito mais rapidamente do que as máquinas que usamos hoje.
Superposição
Como mencionado anteriormente, a superposição é uma das principais razões pelas quais os computadores quânticos podem fazer o que fazem. Ela permite que um qubit esteja em um estado de 0, 1 ou — e aqui está a diferença — 0 e 1 ao mesmo tempo. Um bit tradicional só pode escolher um, mas um qubit não precisa escolher.
Com essa capacidade, um computador quântico pode verificar inúmeras possibilidades ao mesmo tempo. Imagine trabalhar em um quebra-cabeça enorme: um computador clássico testa uma peça de cada vez. Um computador quântico se comporta como se estivesse tentando todas as peças em todos os lugares ao mesmo tempo, transformando desafios enormes e demorados em algo muito mais gerenciável.
Comportamento de um computador quântico
Emaranhamento
O entrelaçamento é um efeito quântico estranho em que dois ou mais qubits ficam conectados de tal forma que agem como um único sistema. Uma vez conectados, eles permanecem conectados, não importa a distância que os separe — seja em um laboratório ou em outro planeta. Altere o estado de um e o outro reage instantaneamente.
Essa conexão permite que os qubits compartilhem informações e trabalhem juntos de maneiras que os bits clássicos simplesmente não conseguem. O resultado? Eles podem resolver problemas com muito mais rapidez e eficiência, agindo menos como peças individuais e mais como partes de uma máquina coordenada e poderosa.
Interferência
Os computadores quânticos dependem da natureza ondulatória das partículas. Assim como as ondas podem se amplificar ou se cancelar mutuamente, os estados quânticos podem fazer o mesmo por meio da interferência.
A interferência permite que os algoritmos quânticos (proverbialmente) empurrem o computador em direção às respostas corretas e longe das erradas. Essa interferência pode ser controlada para que os computadores quânticos aumentem as chances de surgir a solução correta quando a medição final for feita.
Decoerência
Uma das maiores dores de cabeça na computação quântica é algo chamado decoerência. Pense em um estado quântico como uma bolha de sabão: bonito, delicado e que desaparece em um instante se você tocá-lo. Mesmo o mais leve ruído ou a menor interferência do mundo exterior podem estourá-lo.
Quando essa bolha se rompe, as informações contidas nos qubits entram em colapso e todo o cálculo se desintegra. Para impedir que isso aconteça, os cientistas estão trabalhando em maneiras de isolar os qubits do ambiente ao redor e criando truques inteligentes de correção de erros para mantê-los estáveis por tempo suficiente para obter uma resposta útil.
Computação quântica versus computação clássica
Os computadores clássicos são ótimos para tarefas cotidianas, como abrir aplicativos, transmitir vídeos e navegar na web. Eles são projetados para esse tipo de trabalho de uso geral e lidam com isso com facilidade.
Os computadores quânticos, por outro lado, ganham vida quando os problemas se tornam extremamente complicados. Quando há uma infinidade de variáveis e possibilidades infinitas para analisar, eles conseguem encontrar respostas em uma fração do tempo. O tipo de problema que poderia manter um computador clássico ocupado por séculos.
Computação clássica
Os computadores clássicos utilizam bits da forma tradicional. Estes são os blocos de construção familiares da computação moderna. Conforme mencionado anteriormente, cada bit pode estar em um estado de cada vez, 0 ou 1. Este sistema simples alimenta tudo, desde o seu telefone até os supercomputadores mais avançados.
Os computadores clássicos funcionam realizando cálculos passo a passo, seguindo instruções lógicas para chegar a uma resposta. Eles processam dados de forma linear e são incrivelmente confiáveis para tarefas como planilhas e até mesmo jogos, devido a esse sistema de processamento.
Mas, à medida que os problemas se tornam mais complexos, especialmente aqueles com muitas soluções possíveis, os computadores clássicos enfrentam dificuldades, pois precisam verificar cada opção, uma após a outra.
Computação quântica
Explicamos que os bits dos computadores quânticos podem ser 0 e 1 simultaneamente, devido à superposição. Isso permite que os computadores quânticos testem muitas soluções possíveis ao mesmo tempo, tornando-os ideais para certos tipos de problemas complexos.
Esses computadores aproveitam a natureza paralela da mecânica quântica. É como levantar 10 pedras ao mesmo tempo para ver o que há por baixo, enquanto um computador tradicional precisa fazer isso uma de cada vez.
Os computadores quânticos não são mais rápidos em tudo. Eles foram projetados para complementar as máquinas clássicas.
Onde os computadores quânticos têm uma vantagem
Os computadores quânticos já ultrapassaram a fase teórica e estão sendo testados em cenários reais. Em determinadas situações, eles estão se mostrando muito mais adequados do que as máquinas tradicionais.
Uma área empolgante é a simulação. Os computadores quânticos podem imitar o comportamento dos átomos e dos materiais quânticos de maneiras que os computadores clássicos simplesmente não conseguem. Isso abre as portas para avanços em áreas como química e física, desde o projeto de novas formas de matéria até a criação de maneiras melhores de armazenar energia.
A otimização é uma área em que a computação quântica pode ser uma verdadeira revolução. Muitos desafios cotidianos — desde traçar a rota de entrega mais rápida até equilibrar uma carteira de investimentos — resumem-se a filtrar infinitas possibilidades para encontrar a melhor opção. Os algoritmos quânticos podem lidar com todas essas variáveis ao mesmo tempo, apresentando uma solução ideal em poucos instantes.
A segurança cibernética é outra questão importante. Um computador quântico suficientemente poderoso poderia quebrar a criptografia tradicional em pouco tempo. Mas nem tudo é desgraça e tristeza – a mesma tecnologia pode ajudar a criar uma criptografia quântica segura. É por isso que as empresas de tecnologia já estão correndo para lançar novos padrões de segurança criados para a era quântica.
Depois, há a medicina. As simulações quânticas podem modelar a forma como as moléculas interagem a um nível incrivelmente detalhado, ajudando os cientistas a descobrir novos medicamentos ou materiais mais rapidamente. Os benefícios podem ser enormes: tratamentos inovadores que chegam aos pacientes anos mais cedo do que com os métodos atuais.
Como é um computador quântico?
Os computadores quânticos não se parecem em nada com os laptops ou servidores que usamos hoje. Eles geralmente são máquinas grandes e complexas, alojadas em ambientes com temperatura controlada, projetados para mantê-los o mais estáveis possível.
No centro de muitos sistemas quânticos está um dispositivo cilíndrico alto chamado criostato. Essa câmara resfria oprocessadorquântico a temperaturas próximas do zero absoluto (mais frias do que o espaço sideral), pois os qubits devem operar em estados de energia ultrabaixa para manter o comportamento quântico.
Ao redor do chip quântico, há camadas de fiação, componentes eletrônicos de controle e computadores clássicos. Os sistemas clássicos ajudam a preparar e medir os estados quânticos.
Como essas máquinas são grandes e delicadas, a maioria dos usuários acessa-as através da [nuvem](malwarebytes), e não por possuí-las ou operá-las diretamente. Por enquanto, a computação quântica permanece firmemente no mundo dos laboratórios especializados e serviços em nuvem, e não nos desktops dos consumidores.
Em que ponto se encontra a tecnologia da computação quântica?
A computação quântica não é apenas um conceito teórico. Hoje em dia, existem computadores quânticos reais. É importante notar que a tecnologia ainda está em fase inicial e que provavelmente ainda levará vários anos até que os computadores quânticos sejam amplamente úteis para aplicações cotidianas. Um estudo da McKinsey previu que 5.000 computadores quânticos estarão em operação até 2030.
A maioria dos computadores quânticos atuais são experimentais e operam em laboratórios de pesquisa especializados. Esses sistemas iniciais normalmente têm apenas algumas centenas de qubits. Eles requerem ambientes extremos para funcionar e devem ser mantidos em temperaturas superfrias próximas ao zero absoluto. Não espere que eles estejam disponíveis nas lojas tão cedo.
Um dos maiores desafios é a correção de erros. Conforme explicado anteriormente, os qubits são extremamente sensíveis ao ruído e à interferência, por isso os computadores quânticos atuais ainda enfrentam dificuldades em termos de confiabilidade e escala.
Em 2019, o Google anunciou que havia alcançado a supremacia quântica, o que significa que seu computador quântico resolveu um problema mais rapidamente do que qualquer computador clássico conhecido. Embora esse problema específico não fosse prático, ele mostrou o que é possível fazer.
No curto prazo, espera-se que a computação quântica agregue valor por meio de abordagens híbridas. Isso significa que os computadores quânticos poderiam auxiliar os clássicos em problemas específicos, como otimizar reações químicas ou simular sistemas quânticos.
O progresso é constante, e os computadores quânticos provavelmente se tornarão mais comuns na próxima década. Podemos esperar novos avanços em termos de confiabilidade, o que aceleraria drasticamente a computação quântica.
Empresas líderes em computação quântica
A computação quântica é uma das fronteiras mais empolgantes da tecnologia. Isso levou algumas das maiores empresas do mundo a entrarem em uma corrida para liderar esse campo. Muitas organizações estão investindo bilhões na construção dos primeiros computadores quânticos práticos e em grande escala.
Cada empresa tem sua própria abordagem para resolver os desafios quânticos, utilizando diferentes estratégias de hardware e software. Algumas empresas estão construindo seus próprios processadores quânticos, mas outras se concentram em serviços em nuvem que dão aos pesquisadores e desenvolvedores acesso remoto a máquinas quânticas. É provável que todo esse investimento acelere o desenvolvimento.
O Google e o chip Willow
Já explicamos como o Google afirmou ter alcançado a supremacia quântica usando seu chip Sycamore, resolvendo em 200 segundos um problema que levaria milhares de anos para um supercomputador resolver. Desde então, o Google vem trabalhando na construção de um computador quântico tolerante a falhas, capaz de lidar com problemas do mundo real. Sua meta atual é criar um computador quântico útil e com correção de erros até 2029.
O mais recente chip quântico do Google chama-se Willow. O Willow melhora os designs anteriores com um melhor desempenho qubit e uma correção de erros mais forte. Faz parte do ambicioso plano do Google de ampliar o hardware quântico para os milhares ou milhões de qubits necessários para obter vantagens quânticas práticas, o que significa o ponto em que um computador quântico é capaz de resolver um problema mais rapidamente ou com mais eficiência do que um computador clássico.
O Google também colabora ativamente com parceiros acadêmicos e disponibiliza algumas de suas ferramentas quânticas em código aberto. Isso tem o potencial de expandir o ecossistema quântico de forma mais ampla.
IBM e qubits supercondutores
A IBM é uma das empresas mais consolidadas na área da computação quântica. Trabalha com tecnologia quântica há décadas e foi uma das primeiras a oferecer acesso baseado em nuvem a computadores quânticos através da sua plataforma IBM Quantum.
A abordagem da IBM baseia-se em qubits supercondutores, que são circuitos resfriados a temperaturas próximas do zero absoluto para exibir comportamento quântico. O roteiro quântico da empresa inclui um plano para expandir os dispositivos atuais para sistemas de 2.000 qubits, com o próximo grande chip chamado Blue Jay. Espera-se que ele esteja operacional em 2029.
Já é possível para parceiros corporativos realizar experimentos e aplicações quânticas em hardware IBM real através da nuvem. A IBM também está fortemente envolvida no desenvolvimento de software quântico, ajudando a desenvolver um conjunto de ferramentas e plataformas de código aberto como o Qiskit.
Microsoft e Azure Quantum
A Microsoft está adotando uma abordagem única para a computação quântica. A empresa está se concentrando tanto na inovação de hardware quanto na construção de uma pilha de software quântico abrangente. O Azure Quantum é sua plataforma em nuvem. Ele permite que os usuários executem algoritmos quânticos em vários tipos de hardware por meio de parcerias com várias empresas quânticas.
Em vez de construir apenas um tipo de computador quântico, a Microsoft oferece aos desenvolvedores acesso a máquinas de empresas como IonQ, Quantinuum e Rigetti. Isso é feito por meio da interface em nuvem do Azure.
A Microsoft também está investindo pesadamente em qubits topológicos. Essa é uma abordagem inovadora que um dia poderá levar ao desenvolvimento de computadores quânticos mais estáveis e resistentes a erros. Essa tecnologia ainda está em desenvolvimento, mas a forte estratégia da Microsoft de priorizar o software e suas ferramentas híbridas quânticas-clássicas a tornam uma participante fundamental para ajudar as empresas a explorar o potencial quântico.
O Azure Quantum também oferece ferramentas poderosas para o desenvolvimento de algoritmos quânticos. Isso pode facilitar para cientistas e desenvolvedores a criação de códigos que possam ser executados em futuros hardwares quânticos.
Amazon Braket
A entrada Amazonna computação quântica está disponível por meio de sua plataforma em nuvem AWS.Amazon oferece aos usuários a capacidade de testar algoritmos quânticos em hardware quântico real de vários parceiros, sem precisar construir seus próprios computadores quânticos.
Por meio do Braket, os usuários podem realizar simulações e experimentos em hardware de empresas como IonQ e Oxford Quantum Circuits. Isso permite que pesquisadores e desenvolvedores explorem as possibilidades quânticas atualmente.
O objetivo Amazoné promover a inovação e a experimentação, ao mesmo tempo em que fornece ferramentas fáceis de usar para desenvolvedores, a fim de apoiar o ecossistema quântico emergente. Amazon também Amazon que o acesso à nuvem para diversos tipos de hardware acelerará o progresso no campo quântico.
Startups e laboratórios de pesquisa notáveis
Algumas das inovações mais empolgantes na computação quântica estão vindo de startups e laboratórios de pesquisa em todo o mundo.
- Rigetti. Pioneira em sistemas qubit supercondutores. A Rigetti oferece computação quântica baseada em nuvem e está desenvolvendo chips cada vez mais potentes.
- IonQ. Utiliza tecnologia de íons aprisionados. Isso oferece alta precisão e longos tempos de coerência. A IonQ já é um parceiro importante para plataformas em nuvem como AWS e Azure.
- Xanadu. Especializada em computação quântica fotônica, que utiliza luz em vez de metais super-resfriados. Isso oferece potencialmente soluções quânticas mais escaláveis e à temperatura ambiente.
Muitas universidades e laboratórios nacionais (incluindo o MIT e o Caltech) estão fazendo suas próprias contribuições para a ciência quântica. As universidades costumam trabalhar em estreita colaboração com grandes empresas de tecnologia e startups.
O que é possível fazer hoje com computadores quânticos?
Os computadores quânticos atuais ainda estão em fase experimental inicial. Eles ainda não estão prontos para substituir os computadores clássicos ou resolver os maiores problemas do mundo. No entanto, já estão sendo usados para pesquisas e experimentos de prova de conceito.
Os serviços baseados em nuvem mencionados acima oferecem aos pesquisadores e desenvolvedores acesso a processadores quânticos reais para testar novos algoritmos quânticos e explorar o que os sistemas quânticos podem fazer.
Até agora, os computadores quânticos têm sido usados para:
- Simule pequenas moléculas e reações químicas
- Explore novos materiais no nível quântico
- Otimize pequenos problemas logísticos
- Estude outros fenômenos quânticos, como entrelaçamento e interferência.
- Pesquisa avançada em criptografia quântica
As máquinas atuais ainda são limitadas em tamanho e confiabilidade. Elas geralmente lidam com apenas algumas centenas de qubits, com taxas de erro relativamente altas. Isso significa que ainda não conseguem superar os supercomputadores clássicos na maioria das tarefas do mundo real. Os computadores quânticos são, por enquanto, principalmente uma ferramenta de pesquisa.
O que vem a seguir
Os próximos anos trarão grandes avanços na computação quântica. Empresas e pesquisadores estão se concentrando em várias áreas-chave. Um grande desafio é aumentar o número de qubits confiáveis, mantendo sua qualidade. As empresas estão trabalhando para ampliar seus processadores quânticos de centenas para milhares (e, eventualmente, milhões) de qubits.
Os pesquisadores estão desenvolvendo novas técnicas para resolver o problema da estabilidade. Um avanço importante será quando tivermos uma maneira melhor de estabilizar os qubits e corrigir erros automaticamente durante os cálculos.
A maioria dos especialistas prevê que, em 5 a 10 anos, começaremos a ver vantagens quânticas práticas, em que os computadores quânticos superarão os clássicos em aplicações específicas e valiosas.
À medida que o hardware melhora, os computadores quânticos começarão a oferecer valor real em setores como:
- Produtos farmacêuticos. Simulação de moléculas para projetar novos medicamentos
- Ciência dos materiais. Descobrindo novos materiais com propriedades únicas
- Finanças. Otimização de estratégias de investimento e análise de riscos
- Logística. Resolução de problemas complexos de roteamento e cadeia de suprimentos
Desafios e limitações
Apesar de sua promessa, os computadores quânticos enfrentam grandes desafios e limitações atualmente.
Conforme discutido, os qubits são frágeis e propensos a erros, e esse problema é conhecido como decoerência. Isso dificulta a realização de cálculos longos e confiáveis.
Os sistemas precisam de isolamento contra vibrações e blindagem eletromagnética. Construir e manter esses sistemas é complexo e caro. Não é algo que possa ser facilmente dimensionado.
Em termos de potência bruta, as máquinas quânticas atuais ainda são limitadas. Para tarefas cotidianas, como processamento de texto ou planilhas, um laptop comum é muito mais prático. Os computadores quânticos não foram projetados para substituir os dispositivos tradicionais nas tarefas cotidianas e provavelmente nunca o farão.
Superar esses desafios exigirá anos de pesquisa, mas as recompensas potenciais fazem com que valha a pena correr essa corrida.
Por que isso é importante para você
A computação quântica não se resume apenas à ciência teórica ou às grandes empresas de tecnologia competindo pelas manchetes. É uma tecnologia que pode transformar silenciosamente o mundo ao seu redor. O futuro da computação quântica terá impacto sobre todos.
Já mencionamos brevemente o fato de que a computação quântica poderia ajudar a descobrir novos medicamentos e tratamentos para doenças mais rapidamente do que nunca. Os pesquisadores podem prever como os novos medicamentos irão interagir com o corpo humano, examinando-os e simulando-os em nível quântico. Isso tem o potencial de acelerar os ensaios clínicos e reduzir custos. Isso poderia levar a avanços no tratamento de doenças que têm sido um problema ao longo da história da humanidade.
Também é promissor para resolver desafios complexos relacionados à energia e ao clima. As simulações quânticas podem nos ajudar a projetar baterias melhores e melhorar a eficiência das células solares. Também permitem que os cientistas modelem sistemas climáticos em grande escala com mais precisão e podem abrir novas portas. Essas podem ser novas ferramentas poderosas na luta contra as mudanças climáticas.
Outra área em que a computação quântica terá um impacto direto na sua vida é a segurança cibernética. Muitos dos métodos de criptografia mais utilizados atualmente são algoritmos que protegem suas contas bancárias, mensagens pessoais e dados. Eles se baseiam em problemas matemáticos que os computadores clássicos têm dificuldade em resolver.
Um computador quântico suficientemente potente poderia quebrar esses códigos em questão de minutos. É por isso que os pesquisadores estão agora correndo para desenvolver uma criptografia quântica segura, capaz de resistir às capacidades das futuras máquinas quânticas.
Ao mesmo tempo, a computação quântica também pode permitir formas mais fortes de criptografia. Técnicas como a distribuição de chaves quânticas (QKD) podem tornar possível a criação de canais de comunicação que são praticamente invioláveis sob as premissas atuais e garantem a privacidade de dados confidenciais nas próximas décadas.
Nas mãos certas, a computação quântica nos torna mais seguros. Nas mãos erradas, pode ser um sério perigo.
Mesmo que você nunca utilize diretamente um computador quântico, os setores dos quais você depende serão todos afetados por suas capacidades. Em resumo: a computação quântica pode remodelar a base do mundo digital com o qual você interage todos os dias.
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