O que é um computador quântico? Saiba para que serve e como funciona a tecnologia

Conheça os detalhes de um computador quântico (Imagem: Vitor Pádua/Tecnoblog)

Um computador quântico é um dispositivo que usa princípios de mecânica quântica para fazer cálculos. Essa máquina adota o qubits, uma unidade de informação que atua em superposição, para processar grande volume de dados em paralelo.

Assim, os computadores quânticos executam tarefas complexas em velocidades muito maiores do que os computadores clássicos. Isso permite que a computação quântica seja usada para otimização de inteligência artificial e na simulação de moléculas e materiais para descoberta de novos medicamentos.

A seguir, conheça mais detalhes sobre os computadores quânticos.

O que é um computador quântico?

Um computador quântico usa a mecânica quântica para fazer cálculos de forma mais rápida do que um computador comum. Para isso, a máquina usa qubits, partículas subatômicas como elétrons ou fótons, em vez de bits para realizar as ações.

Enquanto os bits atuam em estado binário (0 ou 1), os qubits atuam em superposição de estados (podendo ser 0 e 1 simultaneamente). Para mais, o entrelaçamento quântico – conexão instantânea entre partículas – permite que as máquinas explorem um número exponencialmente maior de possibilidades em paralelo.

Assim, as leis da física quântica dão aos computadores um amplo poder de processamento. Isso permite que as máquinas resolvam problemas complexos que nunca poderiam ser solucionados pelos computadores comuns.

Qual a origem do computador quântico?

Os primeiros conceitos sobre a computação quântica surgiram no final dos anos 1950. O físico e vencedor do prêmio Nobel Richard Feynman propôs que um computador quântico poderia simular sistemas quânticos de forma mais eficiente do que um computador clássico.

Entretanto, os estudos sobre a área apenas avançaram a partir dos anos 1980 e 1990. O físico David Deutsch descreveu a construção de portas lógicas quânticas, blocos fundamentais de um computador quântico, em 1985.

Já o matemático Peter Shor criou o primeiro algoritmo capaz de fatorar números inteiros em uma máquina quântica em 1994. O algoritmo de Shor contribuiu para o interesse na computação quântica e no desenvolvimento de hardware e software quânticos.

Por fim, o primeiro computador quântico com dois qubits foi construído em 1998. O projeto, considerado rudimentar, foi desenvolvido pelo engenheiro Isaac Chuang, pelo físico Neil Gershenfeld e pelo engenheiro Mark Kubinec.

Primeiro computador quântico foi construído em 1998 (Imagem: Volker Steger/Science Photo Library)

Para que serve um computador quântico?

Um computador quântico se beneficia da capacidade de resolver problemas complexos exponencialmente mais rápida do que os computadores comuns. Com isso, as máquinas podem ser usadas em diversas tarefas que exijam um cenário simulado.

Por exemplo, um computador quântico pode otimizar questões de finanças, logística e química ao realizar milhares de cálculos em paralelo. Bem como, a máquina é capaz de quebrar códigos de segurança atuais e criar sistemas de criptografia.

Quais são as aplicações de um computador quântico?

Os computadores quânticos têm potencial de revolucionar diversas áreas da ciência e da indústria. Conheça como as máquinas terão amplo impacto em determinados setores:

Farmacêutica: simulações de reações bioquímicas podem acelerar a descoberta de novos medicamentos e impulsionar as pesquisas avançadas de DNA;

Química: desenvolvimento de novos materiais com propriedades personalizada e otimizando processos químicos;

Finanças: otimização de portfólios de investimento e detecção de fraudes a partir da análise de grandes volumes de dados financeiros de forma mais rápida e precisa;

Logística: planejamento urbano e resolução de problemas complexos de otimização de recursos;

Cibersegurança: criação de sistemas de criptografias mais complexos e seguros do que os atuais;

Inteligência Artificial: algoritmos quânticos podem acelerar o treinamento de modelos de Machine Learning, resolver problemas complexos de otimização e impulsionar o desenvolvimento de sistemas de Inteligência Artificial mais avançados.

Como funciona um computador quântico?

Conforme o MIT Technology Review, um computador quântico funciona em torno de três princípios quânticos para realizar cálculos:

Superposição: capacidade de um qubit existir em múltiplos estados simultaneamente, como uma combinação 0 e 1. Isso permite que a máquina explore um número exponencialmente maior de possibilidades ao resolver questões complexas;

Entrelaçamento: fenômeno quântico no qual o estado de dois ou mais qubits estão correlacionados, possibilitando fazer operações complexas em grandes conjuntos de dados;

Interferência quântica: ação que amplifica ou cancela probabilidades de diferentes estados quânticos. Elemento essencial para os cálculos quânticos, permitindo que os erros sejam corrigidos e os resultados desejados sejam obtidos com alta probabilidade.

Por fim, o processador quântico é o componente central de um computador quântico. Como um processador de um computador clássico, essa peça é responsável por manipular os qubits e realizar as operações quânticas para a execução de algoritmos.

Processador do computador quântico Sycamore do Google (Imagem: Google/Divulgação)

Quanto custa um computador quântico?

O custo de um computador quântico varia significativamente e depende de diversos fatores, como tecnologia e o número de qubits usados. O desenvolvimento de uma máquina quântica pode envolver investimentos bilionários para grandes empresas de tecnologia.

Por exemplo, apenas o custo do sistema de computação quântica pode ter um valor acima de US$ 100 mil dólares. Além disso, a operação de um computador quântico exige um amplo espaço físico e uma robusta fonte de fornecimento de energia.

Entretanto, empresas, pesquisadores e curiosos podem experimentar a computação quântica com custo mais acessível. A Amazon e a Microsoft oferecem serviços de assinaturas com acesso à tecnologia via nuvem.

Quais são as vantagens de um computador quântico?

A computação quântica apresenta inúmeras vantagens. Por exemplo:

Velocidade: os computadores quânticos são capazes de fazer cálculos complexos em uma fração do tempo que um computador clássico. Em 2019, um computador quântico do Google resolveu um problema em segundos que levaria milhares de anos para um computador clássico;

Capacidade de resolução: as máquinas quânticas são ideais para resolver problemas complexos com grande volume de dados devido à capacidade de realizar inúmeros cálculos simultaneamente;

Simulações: a computação quântica permite simular sistemas quânticos de forma precisa, abrindo novas possibilidades para a pesquisa em química e física;

Inteligência Artificial: os computadores quânticos podem acelerar o desenvolvimento de algoritmos de IA e Machine Learning, permitindo a descoberta de padrões complexos a partir da análise de grandes conjuntos de dados.

Quais são as desvantagens de um computador quântico?

Existem alguns pontos relacionados aos computadores quânticos que podem ser vistos como desvantagens:

Sensibilidade a interferências: máquinas quânticas são extremamente sensíveis a qualquer perturbação externa, como ruído eletromagnético e variações de temperatura. As interferências podem causar a decoerência quântica, levando a erros nos cálculos;

Dificuldade de correção de erros: os qubits não podem ser corrigidos de forma convencional como os bits. A decoerência quântica torna a correção de erros um desafio complexo;

Criptografia em desenvolvimento: embora a criptografia quântica ofereça alto nível de segurança, sua implementação em larga escala segue em fase experimental, com diversos desafios técnicos a serem superados;

Complexidade: a programação de computadores quânticos exige profundo conhecimento de mecânica quântica e álgebra linear, o que torna a área de difícil acesso para muitos programadores;

Custo: a construção e a operação de computadores quânticos são extremamente caras, limitando o acesso a grandes empresas e instituições de pesquisa.

Estrutura do computador quântico Sycamore do Google (Imagem: Google/Divulgação)

Qual a diferença entre um computador quântico e um computador comum?

Um computador quântico usa qubits, que atuam em múltiplos estados simultaneamente (superposição), para fazer cálculos complexos de forma paralela. Isso permite que a máquina resolva problemas que seriam impossíveis ou demorados demais para um computador clássico, como quebrar códigos criptográficos complexos.

Por outro lado, um computador clássico usa bits, que representam apenas um estado de cada vez (0 ou 1), para realizar cálculos sequencialmente. Esse modelo de máquina é usado em tarefas do dia a dia, como navegar na internet e editar documentos.

Os computadores quânticos podem substituir os computadores clássicos?

Não, os computadores quânticos não devem substituir os clássicos em breve. A computação quântica ainda enfrenta desafios em termos de estabilidade e escalabilidade, mas com amplo poder para revolucionar as áreas da Inteligência Artificial e indústria farmacêutica.

Os computadores clássicos, por sua vez, são versáteis e eficientes para a maioria das tarefas cotidianas. Portanto, os PC tradicionais devem continuar a dominar a maioria das aplicações, enquanto as máquinas quânticas serão usadas para tarefas altamente especializadas.

O que é um computador quântico? Saiba para que serve e como funciona a tecnologia