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, sendo as regras da física clássica não aplicáveis ao nível quântico, pois possuem um comportamento totalmente diferente em relação ao universo macroscópico.

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, que se fundamenta em uma experiência mental descrita por um caso hipotético. Suponhamos que um gato e um frasco de veneno fossem colocados em uma caixa contendo um contador Geiger(dispositivo para realizar medições radioativas). Se o contador Geiger identificar radiação, o frasco de veneno é quebrado, matando assim, o gato. Após a caixa ser fechada e esperar um período de tempo, não saberíamos em que estado o gato se encontra(vivo ou morto). Como não sabemos o estado do gato até abrir a caixa, não podemos inferir uma única possibilidade, mas sim todas as possibilidades simultaneamente. Assim, o estado do gato acaba sendo um paradoxo entre estar vivo ou morto, sendo este paradoxo descrito a partir da sobreposição entre os possíveis estados em que o gato se encontra.

A sobreposição quântica é considerada “o coração da mecânica quântica” por Richard Feynman, e foi demonstrada em uma nova escala por físicos da Universidade de Viena, na Áustria, que colocaram em superposição duas moléculas quentes e complexas, compostas por quase dois mil átomos cada uma.
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, com moléculas enormes, foi suficiente para colocar restrições a várias propostas de respostas a essa questão. Assim, o recorde na superposição quântica nubla a fronteira entre o quântico e o clássico, como profere o professor Yaakov Fein.

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.

• 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.

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, a interferência destrutiva ocorre a partir do encontro de ondas inversas, tendo por consequência uma subtração entres as ondas, sendo o resultado dessa subtração a diminuição da amplitude da onda ou seu anulamento.

Ondas Iguais	Ondas Inversas	Ondas Intermediárias
Onda Resultante	Onda Resultante	Onda Resultante

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, ou seja, as equações do estado original se mantém as mesmas com a inversão do tempo, permanecendo sempre de forma simétrica. Um portão quântico pode ser escrito como a matriz unitária em relação à uma determinada base, sendo utilizada convencionalmente a base computacional binária.

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, ou seja, enquanto a computação clássica trabalha com valores exatos para descrever acontecimentos, a computação quântica trabalha com a probabilidade entre os casos possíveis. Tendo em vista esse quesito, a computação quântica promove uma computação mais semelhante ao pensamento humano.

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, esse novo método de transmissão era baseado na mecânica quântica e tinha como objetivo criar uma nova criptografia em que a própria leitura da mensagem acabava por destruí-la. Porém a sua ideia foi rejeitada na época, servindo de base para a chamada criptografia quântica desenvolvida após alguns anos.
Em 1981, Paul Benioff e Richard Feynman durante uma conferência do MIT, apresentaram em sua palestra “Modelos hamiltonianos quânticos de processos discretos que apagam suas próprias histórias: aplicação às máquinas de Turing”, uma proposta de implementação de sistemas quânticos em computadores, prometendo uma capacidade de processamento muito superior aos modelos clássicos.
Alguns anos depois, em 1985, David Deutsch descreve o primeiro Computador Quântico Universal, baseado no trabalho de Paul Benioff e sua Máquina Quântica de Turing. Esse primeiro modelo de computador quântico universal podia simular qualquer outro computador quântico.
Baseado nas novas leis da computação, em 1994, Peter Shor desenvolveu um algoritmo quântico de fatoração que era capaz de realizar a fatoração de grandes números em uma velocidade muito superior aos algoritmos da computação clássica. Esse algoritmo recebeu o nome de Algoritmo de Shor, em sua homenagem.
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, o chamado D-Wave-One possuía um processador de 128 qubits. Por mais que possuísse um processador quântico, era necessário a integração com a computação convencional, pois não possuía um caráter totalmente independente.
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 “Flip-Flops Qubits”, o que aumentaria a facilidade da produção em larga escala e diminuiria significativamente o custo de fabricação.
Em 2017, a Microsoft lançou o Q Sharp(Q#), uma linguagem de programação usada para expressar algoritmos quânticos, que se utiliza das operações da Medição de Pauli. A linguagem Q# está disponível como uma extensão baixada separadamente para Visual Studio. O Kit de Desenvolvimento Quântico é fornecido com um simulador quântico, chamado Azure, capaz de executar 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, sendo esta descrita como a mudança aleatória temporária na quantidade de energia em um ponto no espaço.

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, porém o algoritmo quântico de Shor consegue otimizar o processo de fatoração a uma velocidade significativa em relação aos algoritmos clássicos.

Página de Contato:Peter Shor's Page

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, sendo a sua Tese sobre A Teoria Quântica de Campo em Espaço-Tempo Curvo.
A sua importante contribuição para a Computação Quântica foi a formulação de Máquina Quântica de Turing. Essa Máquina Quântica Universal, é a generalização da Máquina de Turing Clássica. Ela é usada para simular o funcionamento de um computador quântico, ou seja, fornece um modelo simples que captura todo o poder da computação quântica, abstraindo qualquer algoritmo, a fim de conseguir expressá-los formalmente.

Página de Contato:David Deutsch's Page

A Computação Quântica possibilitará a evolução em várias áreas do conhecimento, principalmente as áreas que demandam muitas simulações para a comprovação de hipóteses e teorias. Sendo algumas dessa aplicações:

• Criptografia Quântica
• Avanços na Neurociência, principalmente pela semelhança entre o funcionamento de computadores quânticos e as sinapses humanas
• 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, seja por interações pessoais, seja por interações humano-máquina

A computação Quântica pode ser de grande importância para pesquisas em diversas áreas, como Medicina, Física Quântica, Mecânica Quântica, Segurança da Informação, entre outras. Além de possibilitar um possível ropimento com o paradigma da visão de mundo que conhecemos atualmente.
Na Física e Mecânica Quântica, pode ser de ajuda no que diz respeito a simulações de sistemas quânticos, sendo que utilizando computadores convencionais, essas simulações podem demorar anos para apresentarem resultados promissores. Ou seja, o que um computador clássico faria em torno e alguns anos, um computador quântico faria em cerca de alguns dias.
Na Medicina, possibilitaria um melhor entendimento do funcionamento neurológico humano, assim como, simulações muito mais eficientes no que diz respeito à pesquisas que possuem simulações que possuem um grande período de simulações.
Na Segurança da Informação, possibilitaria a criação de uma criptografia impossível de ser quebrada, aumentando assim a segurança a um nível extremamente elevado, visto que, as criptografias atuais podem ser quebradas por computadores quânticos.

• 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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