c:computacao_quantica
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| c:computacao_quantica [2022/08/28 02:20] – [David Deutsch] Thiago Mello | c:computacao_quantica [2022/08/28 20:12] (atual) – Juliana Zambon | ||
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| + | ====== Visão geral ====== | ||
| + | Pode-se definir Computação Quântica como sendo uma área de pesquisa científica que tem por objetivo a implementação da computação em sistemas quânticos. Assim como a Física e a Mecânica Quântica, a Computação Quântica surgiu a partir do rompimento com a física clássica a fim de criar novos paradigmas condizentes com o universo atômico e subatômico, | ||
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| + | ====== Principais Conceitos ====== | ||
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| + | ===== Sobreposição Quântica ===== | ||
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| + | A chamada **sobreposição quântica** pode ser definida como um estado de variação entre todos os possíveis estados da partícula simultaneamente antes der ser medido e tornando-se estático após a medição. Isso possibilita a verificação de todas as possibilidades apenas com a sobreposição dos elementos da amostra a ser examinada.\\ | ||
| + | Um exemplo da sobreposição quântica seria o **Gato de Schrödinger**, | ||
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| + | A sobreposição quântica é considerada "o coração da mecânica quântica" | ||
| + | A escala é considerada importante por lidar com uma questão debatida por físicos e filósofos desde o surgimento da mecânica quântica: “onde fica a fronteira em que os estranhos efeitos quânticos deixam de funcionar e, o mundo passa a se comportar de forma ‘clássica’ com qual todos nós estamos familiarizados”. Esse experimento, | ||
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| + | ===== Qubit ===== | ||
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| + | {{ : | ||
| + | Descoberto a partir dos estudos **Benjamin Schumacher** a respeito do spin de elétrons, o **qubit** pode ser considerado como a unidade fundamental da computação quântica, sendo diretamente relacionado com o bit(dígito binário) da computação clássica. Em contrapartida aos bits, que possuem valores estáticos 1 e 0, os qubits possuem um terceiro estado chamado de sobreposição quântica. No caso no qubit, a sobreposição quântica seria a variação simultânea entre 1 e 0. | ||
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| + | ==== Comparação de valores quânticos ==== | ||
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| + | * 1 qubit = 2 bits | ||
| + | * 2 qubits = 4 bits | ||
| + | * 3 qubits = 8 bits = 1 byte | ||
| + | * 4 qubits = 16 bits | ||
| + | * 5 qubits = 32 bits | ||
| + | * 6 qubits = 64 bits | ||
| + | * 7 qubits = 128 bits | ||
| + | * 8 qubits = 256 bits | ||
| + | * 9 qubits = 512 bits | ||
| + | * 10 qubits = 1.024 bits | ||
| + | * 13 qubits = 8.192 bits = 1 kilobytes | ||
| + | * 23 qubits = 8.388.608 bits = 1 megabyte | ||
| + | * 33 qubits = 8.589.934.592 bits = 1 gigabyte | ||
| + | * 43 qubits = 8.796.093.022.208 bits = 1 terabyte | ||
| + | * 44 qubits = 17.592.186.044.416 bits | ||
| + | * 45 qubits = 35.184.372.088.832 bits | ||
| + | | ||
| + | A partir das comparações acima, é possível formular a proporcionalidade entre qubits e bits, sendo esta: **n qubits = 2^n bits**. | ||
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| + | ===== Interferência ===== | ||
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| + | No universo quântico, a Interferência pode ser descrita como o resultado da superposição entre duas ondas ou mais, sendo possíveis dois casos, a **Interferência Construtiva** e a **Interferência Destrutiva**. A interferência construtiva ocorre quando as ondas se somam, tendo por resultado o aumento da amplitude da onda ou sincronismo entre elas. Em contrapartida, | ||
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| + | ^ Ondas Iguais | ||
| + | ^ {{: | ||
| + | ^ Onda Resultante | ||
| + | ^ {{: | ||
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| + | ===== Portões Quânticos ===== | ||
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| + | **Portões quânticos** são circuitos que operam na manipulação de qubits. Diferentemente de uma grande parte dos circuitos lógicos da computação clássica, os portões lógicos são **reversíveis**, | ||
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| + | ===== Amplitude de Probabilidade ===== | ||
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| + | {{ : | ||
| + | Em divergência com a computação clássica que se utiliza de pulsos elétricos para a manipulação de dados, a computação quântica utiliza-se de modificações na **amplitude das ondas** a partir de interferência. A computação Quântica quebra com o paradigma de Ciência Exata, uma vez que as manipulações referentes à amplitude das ondas tem por resultado a **modificação probabilística** de um acontecimento, | ||
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| + | ====== Principais Marcos ====== | ||
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| + | O início da computação quântica ocorreu na década de 50, em que foi pensada a implementação da física e mecânica quântica na computação. Em **1968**, **Stephen Wiesner** inventou a **Codificação Conjugada**, | ||
| + | Em **1981**, **Paul Benioff** e **Richard Feynman** durante uma conferência do **MIT**, apresentaram em sua palestra " | ||
| + | Alguns anos depois, em **1985**, **David Deutsch** descreve o **primeiro Computador Quântico Universal**, | ||
| + | Baseado nas novas leis da computação, | ||
| + | Em **1996**, foi desenvolvido o primeiro algoritmo de busca em base de dados quânticos, que ficou conhecido por **SpeedUp**. Esse algoritmo, desenvolvido por **Lov Grover**, era baseado na aceleração quadrática de busca.\\ | ||
| + | Em **1998**, **Isaac Chuang**, **Neil Gershenfeld** e **Mark Kubinec** criaram o primeiro computador quântico capaz de fazer cálculos. Esse computador fazia manipulações de 2 qubits, ou seja, era equivalente a operações utilizando 4 bits.\\ | ||
| + | Em **2007**, a empresa canadense **D-Wave** desenvolveu o primeiro processador quânticos de **16 qubits** que recebeu o nome de **Orion**. Ele era o equivalente a um processador clássico de **65.536 bits**.\\ | ||
| + | Em **2011**, a **D-Wave** lançou o primeiro **computador híbrido** para ser comercializado, | ||
| + | Em **2017**, o físico brasileiro **Guilherme Tosi**, juntamente com engenheiros da Universidade de Nova Gales do Sul, na Austrália, propuseram um novo modelo arquitetônico para processadores quânticos. Esse novo modelo proponha a construção de processadores quânticos a partir de **" | ||
| + | Em **2017**, a **Microsoft** lançou o **Q Sharp(Q# | ||
| + | Em **2019**, a **IBM** lançou sua primeira versão comercial de um computador quântico, o **IBM Q System One**.\\ | ||
| + | Em **18 de Janeiro de 2022**, o primeiro **Annealer Quântico** europeu foi lançado na Alemanha, contendo mais de **5.000 qubits**. Um annealer quântico pode ser descrito como um processo de otimização para encontrar o mínimo global de uma função objetiva sobre um determinado conjunto de estados possíveis, por um processo que se utiliza da **flutuação quântica**, | ||
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| + | ====== Grandes Nomes ====== | ||
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| + | ===== Peter Shor ===== | ||
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| + | Nascido em 14 de Agosto de 1959, **Peter Williston Shor** é um importante matemático e pesquisador na área da computação quântica. Foi vencedor em 3º lugar na Olimpíada de Matemática dos EUA de 1977, Nesse mesmo ano, após sua formatura ele ganhou a medalha de prata na Olimpíada de Matemática na Iugoslávia. Em 1981, recebeu seu **Bacharelado em Matemática** pelo **Instituto de Tecnologia da Califórnia**. Em 1985 conquistou seu **PHD em Matemática** pelo **Instituto Tecnológico de Miami**, tendo **F. Thomson Leighton** como seu orientador e sua Tese sendo sobre **A Análise Probabilística de Algoritmos de Embalagem de Lixo**.\\ | ||
| + | A sua grande Contribuição para com a computação quântica foi o **Algoritmo de Shor**. Esse algoritmo teve por objetivo a fatoração de números naturais a fim de descobrir se um dado número é composto ou primo. Como existem infinitos primos, a verificação ficaria inviável até mesmo para computadores convencionais, | ||
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| + | **Página de Contato: | ||
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| + | ===== David Deutsch ===== | ||
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| + | Nascido em 18 de Maio de 1953, em Israel, **David Elieser Deutsch** é um importante físico britânico e pioneiro na computação quântica por formular a chamada **Máquina Quântica de Turing**. Consegui sua formação em **Física Teórica** pela **Universidade de Cambridge** e seu **Doutorado** pela **Universidade de Oxford**, tendo **Dennis Sciama** e **Philip Candelas** como seus orientadores, | ||
| + | A sua importante contribuição para a Computação Quântica foi a formulação de **Máquina Quântica de Turing**. Essa **Máquina Quântica Universal**, | ||
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| + | **Página de Contato: | ||
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| + | ====== Aplicações ====== | ||
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| + | A Computação Quântica possibilitará a evolução em várias áreas do conhecimento, | ||
| + | * Criptografia Quântica | ||
| + | * Avanços na Neurociência, | ||
| + | * Avanços na prevenção de doenças por meio de simulações | ||
| + | * Avanços na física teórica, sendo um vetor para novas áreas de pesquisa | ||
| + | * Aumento significativo na facilidade de simulações em física experimental | ||
| + | * Avanços no campo da Astronomia | ||
| + | * Um novo paradigma no quesito da comunicação, | ||
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| + | ====== Impacto Social ====== | ||
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| + | A computação Quântica pode ser de grande importância para pesquisas em diversas áreas, como Medicina, Física Quântica, Mecânica Quântica, Segurança da Informação, | ||
| + | Na **Física** e **Mecânica Quântica**, | ||
| + | Na **Medicina**, | ||
| + | Na **Segurança da Informação**, | ||
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| + | ====== Desafios ====== | ||
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| + | * Fisicamente escalável para aumentar o número de qubits | ||
| + | * Qubits que podem ser inicializados para valores arbitrários | ||
| + | * Portões quânticos que são mais rápidos do que o tempo de decoerência | ||
| + | * Conjunto de portão universal | ||
| + | * Qubits que podem ser lidos facilmente | ||
| + | * Fornecimento de peças para computadores quânticos | ||
| + | * Dimensionamento de sistemas multi-qubit | ||
| + | * Decoerência Quântica | ||
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| + | ====== Referências ====== | ||
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| + | - COMPUTAÇÃO QUÂNTICA. Wikipédia, a enciclopédia livre, 2020. Disponível em: | ||
| + | - COMPUTAÇÃO QUÂNTICA | NERDOLOGIA TECH. Nerdologia, Youtube, 2018. Disponível em: | ||
| + | - COMPUTADORES QUÂNTICOS EXPLICADOS. Ciência Todo Dia, Youtube, 2020. Disponível em: | ||
| + | - SOBREPOSIÇÃO QUÂNTICA. Wikipédia, a enciclopédia livre, 2022. Disponível em: | ||
| + | - GATO DE SCHRÖDINGER. Wikipédia, a enciclopédia livre, 2022. Disponível em: | ||
| + | - BIT QUÂNTICO. Wikipédia, a enciclopédia livre, 2022. Disponível em: | ||
| + | - BENJAMIN SCHUMACHER. Wikipedia, the free encyclopedia, | ||
| + | - FÍSICA QUÂNTICA: UM NOVO JEITO DE ENXERGAR AS LEIS NATURAIS. Engenharia 360, 2022. Disponível em: | ||
| + | - INTERFERÊNCIA. Wikipédia, a enciclopédia livre, 2022. Disponível em: | ||
| + | - QUANTUM COMPUTING. Wikipedia, the free encyclopedia, | ||
| + | - QUANTUM LOGIC GATE. Wikipedia, the free encyclopedia, | ||
| + | - REVERSIBLE COMPUTING. Wikipedia, the free encyclopedia, | ||
| + | - TIME REVERSIBILITY. Wikipedia, the free encyclopedia, | ||
| + | - PROBABILITY AMPLITUDE. Wikipedia, the free encyclopedia, | ||
| + | - EXERCÍCIOS DE ANÁLISE E DESENVOLVIMENTO DE SISTEMAS - FIGURA. Blogspot, 2016. Disponível em: | ||
| + | - NOÇÕES BÁSICAS SOBRE A COMPUTAÇÃO QUÂNTICA. Microsoft Azure, 2022. Disponível em: | ||
| + | - HISTÓRICO E CONTEXTO SOBRE A COMPUTAÇÃO QUÂNTICA. Microsoft Azure, 2022. Disponível em: | ||
| + | - CONJUGATE CODING. Wikipedia, the free encyclopedia, | ||
| + | - TIMELINE OF QUANTUM COMPUTING AND COMMUNICATION. Wikipedia, the free encyclopedia, | ||
| + | - STEPHEN WIESNER. Wikipedia, the free encyclopedia, | ||
| + | - PAUL BENIOFF. Wikipedia, the free encyclopedia, | ||
| + | - RICHARD FEYNEMAN. Wikipedia, the free encyclopedia, | ||
| + | - DAVID DEUTSCH. Wikipedia, the free encyclopedia, | ||
| + | - DAVID DEUTSCH. DavidDeutsch.Org, | ||
| + | - QUANTUM TURING MACHINE. Wikipedia, the free encyclopedia, | ||
| + | - PETER SHOR. Wikipedia, the free encyclopedia, | ||
| + | - PETER SHOR - FIGURE. Math.mit.edu, | ||
| + | - LOV GROVER. Wikipedia, the free encyclopedia, | ||
| + | - ISAAC CHUANG. Wikipedia, the free encyclopedia, | ||
| + | - NEIL GERSHENFELD. Wikipedia, the free encyclopedia, | ||
| + | - D-WAVE. Wikipédia, a enciclopédia livre, 2017. Disponível em: | ||
| + | - FLIP-FOPS QUBITS: RADICAL NEW QUANTUM COMPUTING DESIGN INVENTED. Phys.Org, 2017. Disponível em: | ||
| + | - IBM Q SYSTEM ONE. Wikipedia, the free encyclopedia, | ||
| + | - QUANTUM ANNEALING. Wikipedia, the free encyclopedia, | ||
| + | - QUANTUM FLUCTUATION. Wikipedia, the free encyclopedia, | ||
| + | - COMPUTAÇÃO QUÂNTICA: ENTEDA A REVOLUÇÃO QUE ESTÁ CHEGANDO. Olhar Digital, Youtube, 2019. Disponível em: | ||
| + | - Q SHARP. Wikipedia, the free encyclopedia, | ||
| + | - THE Q# QUANTUM PROGRAMMING LANGUAGE USER GUIDE. Microsoft Azure, 2022. Disponível em: | ||
| + | - SINGLE- AND MULTI-QUBIT PAULI MEASUREMENT OPERATIONS. Microsoft Azure, 2022. Disponível em: | ||
| + | - Q# PROGRAM IMPLEMENTATION. Microsoft Azure, 2022. Disponível em: | ||
| + | - RECORDE NA SUPERPOSIÇÃO QUÂNTICA NUBLA FRONTEIRA ENTRE QUÂNTICO E CLÁSSICO. Inovação Tecnológica, | ||
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