Computação quântica: o que é, como funciona e áreas de aplicação

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Em breve, os computadores quânticos poderão mudar o mundo. Com o potencial de ajudar a acelerar o processo de descoberta de medicamentos, facilitar a quebra de código para espiões em todo o mundo e muito mais, a computação quântica pode ajudar a resolver alguns dos problemas mais complexos que as indústrias enfrentam. 

Mesmo sendo uma tecnologia nascente, seu potencial já é sentido em muitos setores. De saúde a finanças e inteligência artificial, neste post vamos mostrar o potencial dessa tecnologia em 3 áreas diferentes.

Quer entender como os computadores quânticos realmente funcionam?

Continue lendo o texto e descubra! 

O que é computação quântica? 

A computação quântica aproveita fenômenos da mecânica quântica – superposição e emaranhamento – para processar informações. Ao explorar esses fenômenos, os computadores quânticos lidam com informações de uma maneira muito diferente dos computadores “clássicos”, como smartphones, laptops ou até mesmo os supercomputadores mais poderosos de hoje.

Benefícios da computação quântica

Os pesquisadores mergulharam profundamente na comparação entre computador quântico e computador clássico. Com esse tipo de estudo, eles observaram que os computadores quânticos podem resolver certos tipos de problemas – especialmente aqueles que envolvem um número assustador de variáveis ​​e resultados potenciais, como simulações ou questões de otimização – muito mais rápido do que qualquer computador clássico

Recentemente, alguns indícios mostram que o potencial da computação quântica está se tornando realidade.

Em 2019, o Google disse que executou um cálculo em um computador quântico em apenas alguns minutos, o que levaria 10 mil anos para um computador clássico. Pouco mais de um ano depois, uma equipe baseada na China deu um passo adiante, alegando que havia realizado um cálculo em 200 segundos, o que levaria um computador comum a 2,5 bilhões de anos – 100 trilhões de vezes mais rápido.

Embora essas demonstrações não sejam casos práticos de uso de computação quântica, elas revelam como os computadores quânticos podem mudar drasticamente a forma como abordamos problemas do mundo real, como gerenciamento de portfólio financeiro, descoberta de medicamentos, logística e muitos outros.

Impulsionada pela perspectiva de trazer disrupção para inúmeras indústrias e segmentos, a computação quântica está atraindo cada vez mais o investimento de gestores de empresas, incluindo big tech, startups, governos e mídia.

Como é o funcionamento da computação quântica? 

Bits quânticos ou qubits são as unidades básicas de informação em um computador quântico. Um qubit é, essencialmente, a versão quântica de um bit ou transistor clássico. 

Qubits fazem uso de “superposição”, um fenômeno da mecânica quântica em que algumas propriedades de partículas subatômicas – como o ângulo de polarização de um fóton – não são definidas com certeza até que sejam realmente medidas. Nesse cenário, cada maneira possível de observar essas propriedades quânticas tem uma probabilidade associada. 

Podemos comparar este efeito como jogar uma moeda. Ela só é definitivamente cara ou coroa quando cai, mas enquanto estiver no ar tem uma chance de ser qualquer um dos dois.

Os computadores quânticos realizam cálculos manipulando qubits de uma maneira que afeta essas probabilidades sobrepostas, antes de fazer uma medição para obter uma resposta final. 

Ao evitar medições até que uma resposta seja necessária, os qubits podem representar ambas as partes da informação binária, denotadas por “0” e “1”, ao mesmo tempo durante o cálculo real. 

Na analogia do lançamento da moeda, isso é como influenciar a trajetória descendente da moeda enquanto ela está no ar – quando ainda tem chance de ser cara ou coroa.

Um único qubit não pode fazer muito, mas a mecânica quântica usa um processo delicado chamado “emaranhamento”. A partir dele, é possível configurar os qubits de forma que suas probabilidades individuais sejam afetadas pelos outros qubits no sistema. 

Um computador quântico com 2 qubits emaranhados é um pouco como jogar 2 moedas ao mesmo tempo. Ou seja, enquanto elas estão no ar, todas as combinações possíveis de cara e coroa podem ser representadas de uma só vez.

Quanto mais qubits estiverem entrelaçados, mais combinações de informações podem ser representadas simultaneamente. O lançamento de 2 moedas oferece 4 combinações diferentes de cara e coroa (HH, HT, TH e TT), mas o lançamento de 3 moedas permite 8 combinações distintas (HHH, HHT, HTT, HTH, THT, THH, TTH e TTT).

É por isso que a computação quântica pode se tornar muito mais poderosa do que suas contrapartes clássicas. Cada qubit adicional dobra o poder de um computador quântico.

Pelo menos, essa é a teoria. Na prática, as propriedades dos qubits emaranhados são tão delicadas que é difícil mantê-los por tempo suficiente para serem usados. Os fabricantes de computadores quânticos também enfrentam muitos desafios de engenharia – como corrigir altas taxas de erro e manter os sistemas de computador incrivelmente frios – que podem reduzir significativamente o desempenho.

Ainda assim, muitas empresas estão progredindo para tornar realidade os poderosos computadores quânticos.

Computação quântica: três áreas que podem ser transformadas

#1 Saúde

Os computadores quânticos podem afetar a saúde de várias maneiras. Por exemplo, o Google anunciou recentemente que havia usado um computador quântico para simular uma reação química, um marco para a tecnologia nascente.

Embora a interação específica fosse relativamente simples – os computadores clássicos atuais também podem modelá-la –, os futuros computadores quânticos devem ser capazes de simular interações moleculares complexas com muito mais precisão do que os computadores clássicos. Na área da saúde, isso pode ajudar a acelerar os esforços de descoberta de medicamentos, facilitando a previsão dos efeitos dos candidatos a medicamentos.

Outra área em que a descoberta de medicamentos pode ser impulsionada pela computação quântica é o dobramento de proteínas. A startup ProteinQure já está explorando os computadores quânticos atuais para ajudar a prever como as proteínas se dobram no corpo. Esta é uma tarefa notoriamente difícil para computadores convencionais. Porém, a computação quântica pode resolver o problema e facilitar o design de medicamentos poderosos à base de proteínas.

Eventualmente, a computação quântica também pode levar a melhores abordagens para a medicina personalizada, permitindo análises genômicas mais rápidas para informar planos de tratamento personalizados específicos para cada paciente.

#2 Finanças

Os analistas financeiros geralmente confiam em modelos computacionais que constroem probabilidades e suposições sobre o desempenho dos mercados e portfólios. 

Com a computação quântica, esses profissionais podem analisar os dados mais rapidamente, executando melhores modelos de previsão e avaliando com mais precisão as possibilidades conflitantes. Eles também podem ajudar a resolver problemas complexos de otimização relacionados a tarefas como aprimoramento de risco de portfólio e detecção de fraude.

#3 Blockchain e criptomoedas

A ameaça da computação quântica à criptografia se estende à tecnologia blockchain e às criptomoedas – incluindo Bitcoin e Ethereum – que dependem de protocolos de criptografia quântica para concluir transações.

Embora as ameaças quânticas específicas para projetos baseados em blockchain variem, as consequências potenciais nos piores cenários podem ser graves.

Por exemplo, muitos bitcoins são armazenados de tal forma que podem ser facilmente roubados por um ladrão equipado com computador quântico. Outro medo é que os computadores quânticos possam se tornar poderosos o suficiente para descriptografar e interferir nas transações antes que sejam verificados por outros participantes da rede, minando a integridade do sistema descentralizado.

E isso é apenas com relação ao Bitcoin. A tecnologia Blockchain está sendo usada cada vez mais para aplicativos de negociação de ativos, cadeias de suprimentos, gerenciamento de identidade e muitos outros processos.

Abalados pelos profundos riscos representados pelos computadores quânticos, empresas estão se movimentando para tornar a tecnologia blockchain mais segura. Redes estabelecidas como Bitcoin e Etherum estão experimentando abordagens resistentes ao quantum para futuras iterações.

Como parte desta iniciativa, um novo protocolo blockchain chamado Quantum Resistant Ledger foi configurado especificamente para combater computadores quânticos. Além disso, startups como Que Secure e Qaisec dizem que estão trabalhando em tecnologia blockchain resistente à quântica para empresas.

Como vimos até aqui, a computação quântica será capaz de revolucionar muitos setores. Quer acompanhar mais sobre essa e outras tecnologias? Continue acompanhando o blog da GR1D.

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