A Computação Quântica, sendo desenvolvida com base nos princípios da Mecânica Quântica, tem como seu principal objetivo o desenvolvimento do computador quântico, ferramenta que será utilizada no processamento de informações computacionais muito complexas, buscas de informações em bases de dados muito grandes, auxiliar no desenvolvimento de inteligência artificial, e outros processos computacionais aplicáveis. A necessidade do desenvolvimento desta tecnologia surgiu após a identificação de um limite no aprimoramento do desempenho de dispositivos computacionais no cenário da computação atual, o que poderia no futuro restringir o desenvolvimento de novas tecnologias que dependem de um poder de processamento significativo.
Principais diferenças entre Computação Tradicional e Computação Quântica
Na computação baseada na arquitetura de Von Neumann atualmente utilizada por computadores, dispositivos móveis, servidores, e diversos outros dispositivos, a unidade de informação básica é o bit, que pode ser ‘0’ ou ‘1’ a qualquer momento, isto é relacionado aos componentes transistores de um processador que podem estar ligados (‘1’) ou desligados (‘0’) e permite a comunicação do hardware e software. Desta forma na computação tradicional existem apenas duas possibilidades para um dado e qualquer informação produzida será uma combinação destes ‘0’ ou ‘1’.
Contudo na computação quântica a unidade de informação básica é o Bit Quântico ou qubit, que além de poder assumir o estado de ‘0’ ou ‘1’, pode assumir ambos estados ao mesmo tempo graças a propriedade quântica de sobreposição, não se trabalhando mais com transistores, e sim com partículas de átomos como fótons ou elétrons. Para entendimento deste artigo podemos considerar que a propriedade de sobreposição determina que: Até que seja observada ou interagida com o mundo real, uma partícula pode assumir dois estados ao mesmo tempo, ou seja, neste caso ela poderia ser tanto ‘0’ como ‘1’. Porém para entender um pouco mais sobre este assunto busque informações sobre o paradoxo Schrödinger’s cat, também conhecido como o gato de Schrödinger.
Esta habilidade do qubit possuir três valores distintos e o fato de se trabalhar com partículas de átomos, tornam a Computação Quântica muitas vezes mais rápida que a computação tradicional para o processamento de cálculos quânticos e tarefas extremamente complexas como a realização de simulações de moléculas.
Principais impactos da aplicação da Computação Quântica
Abaixo será listado o impacto da Computação Quântica em apenas algumas áreas, porém existem diversas outras áreas que serão afetadas. Adicionalmente especialistas acreditam que com a constante evolução da Computação Quântica, o tamanho do impacto em diferentes áreas dependentes de computação deve aumentar significativamente.
Saúde e Medicina
A Computação Quântica teoricamente facilitará a analise de informações genéticas de pacientes, fornecendo maiores informações para possíveis tratamentos, sendo possivelmente aplicada juntamente com uma Inteligência Artificial para melhorar a eficácia de diagnósticos. Possuindo possível aplicação também no uso de radioterapias para calcular a dose correta de radiação a ser utilizada.
Será possível aplicar a computação quântica em maior escala para o desenvolvimento de novos medicamentos e pesquisa de novos tratamentos, pois computadores tradicionais não são capazes de efetivamente simular completamente determinadas moléculas devido a quantidade de processamento necessária, porém computadores quânticos teoricamente cumprirão esta tarefa efetivamente, auxiliando pesquisadores no entendimento de compostos essenciais a vida, e outros conceitos extremamente importantes para o desenvolvimento de medicamentos como a compreensão do enovelamento de proteínas, bem como a simulação da reação de diversas moléculas em nível atômico.
Machine Learning e Inteligência Artificial
Um dos principais requisitos para o desenvolvimento de inteligência artificial é concentrado em Machine Learning, ou “Aprendizado de Máquina”, que em sua grande parte é utilizar algoritmos em grandes conjuntos de dados para efetuar o reconhecimento de padrões. Com o aumento de poder computacional oferecido pela Computação Quântica será possível comparar conjuntos ainda maiores de dados ainda mais efetivamente, acelerando o processo de Machine Learning e o desenvolvimento de inteligência artificial.
Criptografia
Com os recentes avanços em Computação Quântica, especialistas da área de segurança já estão pesquisando e desenvolvendo novos algoritmos de criptografia chamados de “quantum-proof, quantum-safe ou quantum-resistant”, pois existe um consenso nesta área que computadores quânticos suficientemente grandes poderão quebrar qualquer algoritmo de criptografia de chave pública utilizado atualmente utilizando o algoritmo de Shor.
Porem atualmente não há a necessidade de se preocupar com seus dados, pois os computadores quânticos atualmente construídos ainda não possuem o poder de processamento necessário para efetivamente efetuar esta quebra. Adicionalmente algoritmos de criptografia de chaves simétricas e funções de hash ainda são considerados relativamente seguros contra a computação quântica.
Principais desafios da Computação Quântica
Um dos principais desafios atuais da computação quântica é a preservação da informação quântica, ou seja, garantir que o estado desta informação seja preservado e que ela não sofra alterações indesejadas, como por exemplo possuir seu valor alterado. A empresa D-Wave, fabricante de uma linha de computadores quânticos, conseguiu obter sucesso neste requisito através de um sistema de refrigeração que mantém o processador em um ambiente de -273ºC, combinando isto com múltiplas camadas de blindagem magnética. Adicionalmente existe ainda uma certa dificuldade em trabalhar com Computação Quântica devido a sua inerente complexidade, fazendo-se necessário o uso de algoritmos específicos para computação quântica, o que no presente momento em grande parte dos casos ainda não oferece vantagens significativas em relação a computação tradicional.
Outro problema que vale destaque é o preço de desenvolvimento de computadores quânticos, pois são extremamente caros em sua construção. Contudo empresas como Google já estão experimentando trabalhar com esta tecnologia, e a IBM atualmente disponibiliza um serviço experimental de Computação Quântica na nuvem contando com um processador quântico de 20 qubits.
O fim da computação tradicional?
Um dos maiores mitos existentes sobre a computação quântica é que ela irá substituir completamente a computação tradicional, porém especialistas garantem que isto não é o caso em qualquer realidade próxima. O consenso atual de pesquisadores da computação quântica é que ela será utilizada principalmente em grandes aplicações em nuvem e em laboratórios de pesquisa onde suas grandes vantagens sobre a computação tradicional podem ser efetivamente aplicadas. Para o dia-a-dia de usuários a computação tradicional ainda será superior tanto em termos de custo, quanto em desempenho.
Autor: Marcos P. Garbin