A computação nos ajuda a fazer o que não queremos ou o que não podemos fazer principalmente por causa da complexidade, devido à probabilidade de erros involuntários e devido ao tempo. Por exemplo, elevar um número para o 128º na mente.
O propósito e uso de um computador quântico.
O que é um computador quântico?
O mais poderoso computador quântico (QC) é - ou melhor, seria - um mecanismo completamente diferente, diferente de tudo que já foi criado pelo homem. Os servidores mais poderosos hoje parecem apenas uma pequena parte do que um computador quântico completo pode fazer.
Em termos simples, o objetivo da pesquisa no campo da computação quântica é descobrir os meios de acelerar a execução de instruções de ondas longas. Seria errado dizer que o CC roda programas mais rápido que um PC ou um servidor x86. O “programa” para QC é uma ordem de codificação completamente diferente da existente para um processador binário. Após o nascimento dos computadores, foram realizados cálculos físicos complexos, que na década de 1940 ajudaram os Estados Unidos a criar uma bomba atômica. Após a invenção do transistor, as dimensões desses sistemas foram significativamente reduzidas. Então veio a ideia de processadores paralelos trabalhando em tarefas simultaneamente.
A computação quântica é apenas o próximo passo. Há muitos problemas que os computadores modernos exigem tempo considerável para resolver, por exemplo, resolvendo um sistema linear de equações, otimizando parâmetros para vetores de suporte, localizando o caminho mais curto através de uma seção arbitrária ou pesquisando a lista não estruturada. Estes são problemas bastante abstratos agora, mas se você sabe um pouco sobre algoritmos ou programação, você pode ver como isso pode ser útil. Como exemplo, os processadores gráficos (GPUs) foram inventados com o único propósito de renderizar triângulos e depois mesclá-los em um mundo bidimensional ou tridimensional. E agora a Nvidia é uma empresa de bilhões de dólares. Existem tecnologias de computação quântica ou alguns de seus derivados históricos, que as pessoas agora acham de bom uso? Em outras palavras, o que um quantum realmente faz e a quem ele serve diretamente?
O que é um computador quântico?
Navegação Esta é uma das principais aplicações dos computadores quânticos. O sistema GPS não pode funcionar em qualquer lugar do planeta, especialmente debaixo d'água. O QC requer que os átomos sejam super-resfriados e suspensos em um estado que os torne particularmente sensíveis. Em uma tentativa de capitalizar isso, as equipes de cientistas concorrentes estão procurando desenvolver um tipo de acelerômetro quântico que possa fornecer dados de movimento muito precisos. As contribuições mais significativas para o desenvolvimento da indústria fazem o Laboratório Francês de Fotônica e Nanociência. Um exemplo vívido disso é uma tentativa de criar um componente híbrido que combina um acelerômetro com um clássico e, em seguida, usa um filtro passa-alta para subtrair dados clássicos de dados quânticos. O resultado, se implementado, será uma bússola extremamente precisa que eliminará o deslocamento e a deriva do fator de escala, geralmente associado a componentes giroscópicos.
Sismologia. A mesma sensibilidade extrema pode ser usada para detectar a presença de depósitos de petróleo e gás, bem como a potencial atividade sísmica em locais onde os sensores convencionais ainda não foram usados. Em julho de 2017, o QuantIC demonstrou como um gravímetro quântico detecta a presença de objetos profundamente ocultos, medindo oscilações em um campo gravitacional. Se tal dispositivo for feito não apenas como prático, mas também portátil, a equipe acredita que ele pode se tornar inestimável em um sistema de alerta antecipado para prever eventos sísmicos e tsunamis. Farmacêutica. Em primeiro plano estão as pesquisas na luta contra doenças como a doença de Alzheimer e a esclerose múltipla; os cientistas usam software que simula o comportamento de anticorpos artificiais em nível molecular.
Física Esta é realmente a razão da própria existência do conceito. Durante seu discurso em 1981 na Caltech, o professor Richard Feynman, pai da eletrodinâmica quântica (QED), sugeriu que a única maneira de construir uma simulação bem-sucedida do mundo físico no nível quântico é uma máquina que obedece às leis da física quântica e da mecânica. Foi durante esse discurso que o professor Feynman explicou, e o resto do mundo percebeu que não seria suficiente para um computador gerar uma tabela de probabilidades e como lançar os dados. Além disso, para obter resultados que os próprios físicos não chamariam de apócrifos, exigiria um mecanismo que se comportasse da mesma maneira que o comportamento que ele pretendia imitar.
Aprendizado de máquina. A principal teoria dos apoiadores é que tais sistemas podem ser adaptados para “estudar” padrões de estado em enormes ondas paralelas, e não em varreduras sucessivas. A matemática comum pode descrever um conjunto de resultados prováveis na forma de vetores em um espaço de configuração selvagem. Descriptografia Aqui, finalmente, está o avanço que lançou a primeira luz brilhante em tais cálculos. O que torna os códigos de criptografia tão complexos, mesmo para os computadores clássicos modernos, é que eles são baseados em um número extremamente grande de fatores que exigem uma quantidade excessiva de tempo para adivinhar pelo método de correspondência. Um QC em funcionamento deve isolar e identificar esses fatores em questão de minutos, o que torna o sistema de codificação RSA efetivamente obsoleto.
Encriptação O conceito, chamado de distribuição quântica de chaves (QKD), dá uma esperança teórica de que os tipos de chaves públicas e privadas que usamos hoje para criptografar mensagens possam ser substituídos por chaves que estão sujeitas a efeitos de emaranhamento. Em teoria, qualquer terceiro que quebrasse a chave e tentasse ler a mensagem destruiria imediatamente a mensagem para todos. Claro, isso pode ser o suficiente. Mas a teoria do QKD é baseada em uma enorme suposição que ainda precisa ser testada no mundo real: que os valores obtidos com a ajuda de qubits emaranhados estão eles mesmos emaranhados e sujeitos a efeitos onde quer que vão.
Qual é a diferença entre um computador quântico e um comum?
Um computador clássico executa cálculos usando bits que são 0 ("desativado") e 1 ("ativado"). Ele usa transistores para processar informações na forma de seqüências de zeros e as chamadas linguagens binárias de computador. Mais transistores, mais opções de processamento - essa é a principal diferença. O QC usa as leis da mecânica quântica. Assim como um computador clássico que usa zeros e uns. Esses estados podem ser alcançados em partículas devido ao seu momento angular interno, chamado spin. Dois estados 0 e 1 podem ser representados nas partículas posteriores. Por exemplo, uma rotação no sentido horário representa 1, e no sentido anti-horário representa 0. A vantagem de usar o QC é que uma partícula pode estar em vários estados ao mesmo tempo. Este fenômeno é chamado de superposição. Devido a esse fenômeno, o QC pode atingir simultaneamente o estado 0 e 1. Assim, em um computador clássico, a informação é expressa em termos de um número 0 ou 1. O QC usa saídas que são descritas como 0 e 1 ao mesmo tempo, o que dá maior poder computacional.
Como um computador quântico
A computação quântica está computando usando fenômenos da mecânica quântica, como superposição e emaranhamento. O QC é um dispositivo que realiza computação quântica e consiste em microprocessadores. Tal computador é completamente diferente dos computadores eletrônicos digitais binários baseados em transistores e capacitores. Enquanto os cálculos digitais convencionais requerem que os dados sejam codificados em dígitos binários (bits), cada um dos quais está sempre em um dos dois estados específicos (0 ou 1), a computação quântica usa bits ou qubits que podem estar em uma superposição. O dispositivo da máquina de Turing quântica é um modelo teórico de tal computador e também é conhecido como o QC universal. A área da computação quântica foi iniciada pelos trabalhos de Paul Benioff e Yuri Manin em 1980, Richard Feynman em 1982 e David Deutsch em 1985.
O princípio do computador quântico
Desde 2018, o princípio de operação de computadores quânticos ainda está em sua infância, mas foram realizados experimentos nos quais operações computacionais quânticas foram realizadas com um número muito pequeno de bits quânticos. Tanto pesquisas práticas quanto teóricas estão em andamento, e muitos governos nacionais e agências militares estão financiando pesquisas sobre computação quântica em esforços adicionais para desenvolver computadores quânticos para objetivos civis, comerciais, ambientais e de segurança nacional, como criptoanálise. Computadores quânticos de larga escala teoricamente poderiam trabalhar para resolver certos problemas muito mais rápido que qualquer computador clássico que usa até mesmo os melhores algoritmos, como a fatoração de inteiros usando o algoritmo Shore (que é um algoritmo quântico) e modelando o conjunto quântico de corpos do sistema.
Existem ações quânticas, como o algoritmo Simon, que são executadas mais rapidamente do que qualquer algoritmo probabilístico clássico. Um computador clássico pode, em princípio (com recursos exponenciais), modelar um algoritmo quântico, já que a computação quântica não viola a tese de Church-Turing. Por outro lado, computadores quânticos podem ser capazes de resolver efetivamente problemas que não são praticamente possíveis em computadores clássicos.