Computadores Quânticos no Mundo

 computadores quânticos

Os computadores quânticos funcionam de uma maneira fundamentalmente diferente dos computadores tradicionais, aproveitando os princípios da mecânica quântica — a teoria que descreve o comportamento de partículas subatômicas, como elétrons e fótons.

Aqui está uma explicação de como eles funcionam e por que podem ser tão rápidos em certos tipos de cálculos:

1.Bits quânticos (qubits)

No mundo dos computadores tradicionais, usamos bits para representar a informação, que pode ser 0 ou 1. Já os computadores quânticos utilizam qubits (bits quânticos), que têm uma característica muito especial: eles podem estar em um estado de superposição, ou seja, podem representar 0, 1, ou ambos ao mesmo tempo, com uma certa probabilidade.

Essa propriedade da superposição permite que o computador quântico realize várias operações simultaneamente. Em vez de resolver um problema de cada vez, ele pode explorar muitas soluções ao mesmo tempo, o que resulta em uma aceleração no processo de cálculo.

2.Emaranhamento quântico

Outro conceito importante é o emaranhamento quântico. Quando qubits estão emaranhados, o estado de um qubit depende do estado do outro, independentemente da distância entre eles. Isso significa que, ao manipular um qubit, você pode instantaneamente afetar o outro, mesmo que eles estejam fisicamente separados. O emaranhamento permite que os computadores quânticos realizem tarefas complexas de maneira mais eficiente, aproveitando relações profundas entre as informações.

3.Interferência quântica

A interferência quântica é outro princípio fundamental. Ela envolve a manipulação das probabilidades associadas aos diferentes estados dos qubits para reforçar as soluções corretas e cancelar as erradas. Isso ajuda a direcionar o computador para a resposta certa de forma mais eficiente, ao combinar as diferentes possibilidades exploradas na superposição.

Como isso faz os cálculos serem mais rápidos?

• Exploração paralela: Devido à superposição, um computador quântico pode avaliar muitas soluções ao mesmo tempo, em vez de seguir uma sequência linear como um computador clássico. Isso pode acelerar drasticamente certos tipos de cálculos, como fatores de grandes números, simulações de moléculas para descoberta de medicamentos, ou otimização de problemas complexos.

• Eficiência em certos problemas: Embora os computadores quânticos não sejam "mais rápidos" para todos os tipos de cálculos (eles não vão substituir os computadores tradicionais para tarefas cotidianas, como navegar na internet), eles são extremamente poderosos para problemas específicos que envolvem muita complexidade ou combinações de variáveis (como em algoritmos de criptografia, simulações de física quântica, e otimização de processos).

Exemplo de aceleração:

Um exemplo clássico de aceleração quântica é o algoritmo de Shor, que pode fatorar números grandes de maneira muito mais eficiente do que os algoritmos clássicos conhecidos. Se um computador quântico for suficientemente avançado, ele poderia quebrar sistemas de criptografia baseados em grandes números, algo que os computadores tradicionais demorariam bilhões de anos para fazer.

Desafios atuais:

Embora os computadores quânticos sejam promissores, ainda estamos em estágios iniciais de desenvolvimento. Atualmente, eles são extremamente sensíveis a falhas (como a decoerência quântica) e requerem condições muito especiais, como temperaturas próximas do zero absoluto. No entanto, os pesquisadores estão avançando rapidamente para superar esses desafios.

Em resumo, os computadores quânticos são rápidos em certos cálculos porque utilizam propriedades como superposição, emaranhamento e interferência, que permitem uma exploração simultânea de múltiplas soluções e uma eficiência muito maior em problemas específicos. Eles não substituem os computadores clássicos, mas têm o potencial de resolver problemas muito complexos mais rapidamente, transformando áreas como pesquisa científica, criptografia e inteligência artificial.

Principais computadores Quânticos no mundo

Atualmente, o número de computadores quânticos em operação no mundo não é muito alto, principalmente porque a tecnologia ainda está em uma fase de desenvolvimento e experimentação. No entanto, as empresas e instituições de pesquisa que estão na vanguarda da computação quântica têm feito progressos significativos. A seguir, listo alguns dos principais computadores quânticos e as empresas/instituições responsáveis por eles:

1. IBM

• IBM Quantum: A IBM é uma das líderes em computação quântica e possui vários computadores quânticos em operação. A empresa oferece acesso remoto aos seus computadores quânticos através da plataforma IBM Quantum Experience. O modelo mais avançado da IBM atualmente é o IBM Quantum Eagle, que tem 127 qubits, e eles estão desenvolvendo o Condor, que terá 1.121 qubits.

• IBM Q System One: Este foi o primeiro computador quântico comercialmente disponível da IBM, lançado em 2019. Ele é projetado para ser usado por empresas e pesquisadores em uma arquitetura modular, com acesso via nuvem.

2. Google

• Sycamore: O computador quântico da Google chamado Sycamore foi famoso por realizar a primeira "supremacia quântica" em 2019, onde ele demonstrou que poderia resolver um problema específico mais rápido que o supercomputador clássico mais avançado da época. Sycamore tem 54 qubits (com um qubit desativado na demonstração), e a Google está em desenvolvimento para criar computadores quânticos com mais qubits, visando a melhoria de algoritmos e estabilidade.

3. Rigetti Computing

• Aspen-9: A Rigetti é outra empresa importante no campo da computação quântica. O Aspen-9 é um dos seus computadores quânticos mais poderosos e tem 32 qubits. A Rigetti também oferece acesso a seus computadores quânticos via nuvem, através de sua plataforma Forest.

• Em desenvolvimento: A Rigetti está trabalhando para desenvolver máquinas com maior número de qubits, buscando superar desafios de escalabilidade e estabilidade.

4. Honeywell Quantum Solutions

• H1: A Honeywell é uma das empresas que tem se destacado no desenvolvimento de computadores quânticos baseados em íons aprisionados, uma tecnologia diferente das mais comuns, que utilizam supercondutores. O Honeywell H1 é um desses computadores quânticos, com 10 qubits, e a Honeywell está buscando aumentar o número de qubits para melhorar a capacidade de processamento e resolver problemas complexos.

5. D-Wave Systems

• D-Wave Advantage: A D-Wave é uma das pioneiras no desenvolvimento de computadores quânticos baseados em computação quântica adiabática, uma abordagem que pode ser mais eficiente para certos tipos de problemas, como otimização. O D-Wave Advantage tem 5.000 qubits, embora esses qubits funcionem de maneira diferente dos qubits de outros computadores quânticos, como os da IBM ou Google. D-Wave foca mais em resolver problemas de otimização, como melhorar processos logísticos ou encontrar soluções em grandes conjuntos de dados.

6. Alibaba (Aliyun)

• Alibaba Quantum Laboratory (AQL): A gigante chinesa Alibaba também entrou no campo da computação quântica com o desenvolvimento de computadores quânticos baseados em supercondutores. A empresa tem parcerias com outras instituições, como o Instituto de Física de Altas Energias da Academia Chinesa de Ciências, e oferece acesso à sua plataforma quântica através da Aliyun Cloud.

7. Intel

• Tangle Lake: A Intel tem trabalhado no desenvolvimento de chips quânticos, e o Tangle Lake é um dos seus projetos. O Tangle Lake é baseado em qubits supercondutores e a Intel tem se concentrado em desenvolver a tecnologia de chips quânticos e aumentar a estabilidade e a escalabilidade.

Outros Projetos e Colaborações

• Microsoft: A Microsoft, com seu projeto StationQ, está desenvolvendo uma abordagem diferente, com foco em qubits topológicos, que, teoricamente, seriam mais robustos e menos suscetíveis a erros. A empresa está trabalhando no desenvolvimento de software e infraestrutura quântica, além de colaborar com outras instituições para avançar na computação quântica.

• Universidades e Centros de Pesquisa: Muitas universidades e centros de pesquisa também têm computadores quânticos em operação, incluindo o MIT, a Universidade de Chicago, a Universidade de Yale e o Instituto de Física de São Petersburgo, entre outros.

Resumo do cenário atual

Embora o número total de computadores quânticos ainda seja limitado (com algumas dezenas operacionais ao redor do mundo), as capacidades desses computadores estão avançando rapidamente. As empresas listadas acima estão na vanguarda da pesquisa e desenvolvimento em computação quântica, trabalhando para resolver os principais desafios, como a decoerência e a escala dos qubits.

É importante notar que, atualmente, a computação quântica está mais voltada para pesquisa experimental e acesso via nuvem para que mais pessoas possam explorar a tecnologia. Não é um produto de consumo em massa ainda, mas está evoluindo rapidamente e tem um enorme potencial para o futuro, principalmente em áreas como criptografia, simulação de moléculas, inteligência artificial e otimização.