Uma Visão Geral da Revolução Quântica na Computação

Um computador quântico é uma espécie de computador que utiliza a mecânica quântica para processar informação, permitindo-lhe resolver certos problemas muito mais rapidamente do que os computadores clássicos. Sugerida pela primeira vez em 1980 pelo físico Paul Benioff, a computação quântica ainda está em fase de investigação. Contudo, os investigadores já estão a começar a considerar os tipos de aplicações que poderiam funcionar em computadores quânticos com potencial para transformar as nossas vidas. Os computadores quânticos não só melhorarão significativamente a velocidade de resolução de certos problemas, como também resolverão os problemas que afetam os supercomputadores mais poderosos da atualidade.

Um Breve História sobre a Computação Quântica

Em vez de utilizar bits clássicos, que só podem ter um valor de 0 ou 1, os computadores quânticos funcionam com unidades de dados chamadas qubits (bits quânticos). Estes são muito diferentes dos bits dos computadores atuais. Graças aos fenómenos mecânicos quânticos, os qubits têm propriedades de ligação e sobreposição que não são aplicáveis aos bits clássicos, o que permite utilizar os qubits para executar um cálculo muito mais eficiente.

A sobreposição significa que cada qubit tem simultaneamente valores de 1 e 0 (e todas as combinações lineares dos mesmos). Devido a esta propriedade, o registo de “n” qubits representa “2n” valores diferentes na altura. Como resultado, a realização de uma operação num registo quântico de computador com “n” qubits é semelhante à realização de “2n” operações no registo clássico de computador com “n” bits.

O registo de qubits permite aos investigadores correlacionar valores de qubits, uma vez que a alteração de um valor de qubit resulta em alteração dos outros também. Esta propriedade permite aos investigadores executar certas tarefas computacionais mais rapidamente, especialmente na área da fatorização e pesquisas em bases de dados.

Várias técnicas estão a ser exploradas para a construção de computadores quânticos, incluindo circuitos supercondutores, iões encurralados e qubits topológicos. Contudo, são necessários software e algoritmos especializados para utilizar plenamente as características únicas da computação quântica. A obtenção de computação quântica prática requer a resolução de uma série de obstáculos, tais como a correção de erros, o aumento do número de qubits e a integração da computação clássica e quântica. Apesar dos desafios, muitos governos, académicos e empresas estão a trabalhar no desenvolvimento de computadores quânticos e na exploração das suas potenciais aplicações. E têm feito bons progressos. O primeiro computador quântico criado em meados dos anos noventa tinha capacidade para apenas dois computadores quânticos. Em 2022, a IBM revelou um computador quântico com 433 qubits. Contudo, um computador quântico com 433 qubits continua a ser insuficiente para a resolução de problemas complexos da vida real.

Os benefícios da computação quântica

Com a computação quântica, os investigadores esperam ser capazes de resolver problemas anteriormente insolúveis, trazendo grandes benefícios sociais a muitas áreas, incluindo a informática quântica:

• Descoberta e desenvolvimento de drogas: os computadores quânticos podem ser utilizados para simular o comportamento das moléculas e as suas interações, o que pode ajudar a acelerar a descoberta e o desenvolvimento de novas drogas. Os computadores quânticos também podem ajudar a identificar novos candidatos a drogas e otimizar os já existentes, modelando as suas estruturas moleculares e propriedades. Os computadores quânticos podem também fornecer cálculos mais precisos das propriedades moleculares, o que ajudará a reduzir o tempo e o custo necessários para o desenvolvimento de fármacos.
• Saúde: os computadores quânticos podem ser utilizados para analisar grandes quantidades de dados de pacientes e informações moleculares, permitindo planos de tratamento personalizados e diagnósticos mais precisos. Os computadores quânticos poderiam ajudar a analisar dados genómicos em grande escala e melhorar a nossa compreensão de doenças genéticas e opções de tratamento personalizadas.
• Serviços financeiros e bancários: os computadores quânticos poderão realizar otimizações de problemas muito mais rapidamente do que os computadores clássicos, com um número muito maior de variáveis e restrições, o que levará ao desenvolvimento de modelos mais avançados de machine learning (ML). Isto poderá ser útil para a análise de risco, otimizações de portfólio, previsões financeiras e deteção de fraudes.
• Logística: os computadores quânticos têm o potencial de revolucionar a indústria logística, permitindo uma otimização mais rápida e precisa da gestão da cadeia de abastecimento, transporte e gestão de inventário. Os computadores quânticos poderiam ser utilizados para otimizar os fluxos de tráfego e desenvolver sistemas de transporte mais eficientes. Poderiam também ajudar a melhorar o encaminhamento e programação de todos os tipos de veículos, incluindo camiões, aviões e navios. Além disso, os quantum poderiam ser utilizados para melhorar a gestão do inventário, otimizando a disposição dos armazéns e minimizando os custos de armazenamento e transporte de mercadorias.

Os desafios da Quantum Computing

No entanto, os computadores quânticos também podem trazer muitos novos desafios técnicos. Estamos a aproximar-nos do dia em que um computador quântico será capaz de resolver certos problemas matemáticos exponencialmente mais depressa do que os computadores clássicos. Por exemplo, um computador quântico será provavelmente capaz de quebrar os atuais sistemas de criptografia de chave pública, o que terá um grande impacto sobre a segurança e a proteção da Internet.

É difícil de prever quando é que a computação quântica tornar-se-á dominante. Poderá ser dominante num espaço de meses ou anos. No entanto, os investigadores continuam a trabalhar diligentemente para fazer avançar a computação quântica.

Este artigo foi escrito por Rui Duro, Country Manager da Check Point Portugal