{"id":70074,"date":"2022-05-06T04:15:34","date_gmt":"2022-05-06T07:15:34","guid":{"rendered":"https:\/\/asmetro.org.br\/portalsn\/?p=70074"},"modified":"2022-05-05T17:18:21","modified_gmt":"2022-05-05T20:18:21","slug":"os-mitos-e-a-realidade-sobre-os-computadores-quanticos","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/asmetro.org.br\/portalsn\/2022\/05\/06\/os-mitos-e-a-realidade-sobre-os-computadores-quanticos\/","title":{"rendered":"Os mitos e a realidade sobre os computadores qu\u00e2nticos"},"content":{"rendered":"
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Em outubro de 2019, a computa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica ocupou por v\u00e1rios dias as manchetes de todo o mundo. Uma equipe de pesquisadores da gigante tecnol\u00f3gica Google havia conseguido atingir a supremacia qu\u00e2ntica, vencendo os maiores supercomputadores do planeta com um computador qu\u00e2ntico.<\/b><\/h5>\n

Mais que isso: a diferen\u00e7a de tempo foi simplesmente esmagadora – poucos minutos, em compara\u00e7\u00e3o com os milhares de anos necess\u00e1rios para realizar o mesmo c\u00e1lculo com um computador tradicional.<\/p>\n<\/div>\n

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Foram dezenas de artigos e reportagens na imprensa escrita, no r\u00e1dio e na televis\u00e3o ecoando esse feito hist\u00f3rico e tentando explicar para o p\u00fablico n\u00e3o especializado no que consistia, na verdade, a proeza da Google e o que eram esses misteriosos computadores qu\u00e2nticos utilizados para consegui-la.<\/p>\n<\/div>\n

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Mas, apesar das suas boas inten\u00e7\u00f5es, a maior parte dessas explica\u00e7\u00f5es deve ter deixado mais d\u00favidas que esclarecimentos.<\/p>\n<\/div>\n

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Nada de magia nem superpoderes fant\u00e1sticos<\/strong><\/h4>\n<\/div>\n
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Nos artigos de divulga\u00e7\u00e3o cient\u00edfica sobre computa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica, \u00e9 comum encontrar uma s\u00e9rie de analogias e imagens recorrentes, que n\u00e3o correspondem \u00e0 realidade e contribuem para a cria\u00e7\u00e3o de mitos sobre as reais capacidades dos computadores qu\u00e2nticos.<\/p>\n<\/div>\n

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Um dos mais repetidos \u00e9 que “o computador qu\u00e2ntico encontra a solu\u00e7\u00e3o para um problema testando simultaneamente todas as op\u00e7\u00f5es poss\u00edveis”. Essa explica\u00e7\u00e3o n\u00e3o \u00e9 apenas uma simplifica\u00e7\u00e3o excessiva do funcionamento dos computadores qu\u00e2nticos, mas parece dot\u00e1-los de fant\u00e1sticos superpoderes que permitem completar qualquer c\u00e1lculo apenas pressionando uma tecla e esperando alguns segundos.<\/p>\n<\/div>\n

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\"C\u00e1lculos\"<\/picture><\/div>\n

CR\u00c9DITO,<\/span>GETTY IMAGES<\/span><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/figure>\n<\/div>\n

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Mas, ent\u00e3o, n\u00e3o \u00e9 verdade que o computador qu\u00e2ntico utiliza paralelismo massivo para explorar ao mesmo tempo todas as solu\u00e7\u00f5es de um problema? Bem, como em muitas coisas relacionadas ao mundo qu\u00e2ntico, a resposta \u00e9, ao mesmo tempo, sim e n\u00e3o.<\/p>\n<\/div>\n

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\u00c9 verdade que uma das principais propriedades que servem de base para os algoritmos qu\u00e2nticos \u00e9 a sobreposi\u00e7\u00e3o – essa misteriosa tend\u00eancia de certos sistemas f\u00edsicos de encontrar-se em uma combina\u00e7\u00e3o de diversos estados distintos. Mas isso \u00e9 apenas uma parte muito pequena da hist\u00f3ria completa.<\/p>\n<\/div>\n

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Coreografia matem\u00e1tica<\/strong><\/h4>\n<\/div>\n
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Poder\u00edamos definir a computa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica como a disciplina que estuda o uso das propriedades das part\u00edculas subat\u00f4micas para realizar c\u00e1lculos. Entre essas propriedades, sim, encontra-se a sobreposi\u00e7\u00e3o, mas tamb\u00e9m o entrela\u00e7amento e a interfer\u00eancia.<\/p>\n<\/div>\n

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De certa forma, poder\u00edamos dizer que um algoritmo qu\u00e2ntico cria, em primeiro lugar, uma sobreposi\u00e7\u00e3o de muitas possibilidades a serem exploradas, entrela\u00e7a em seguida essas possibilidades com seus resultados e, por fim, faz com que as solu\u00e7\u00f5es ruins interfiram entre si, de forma que restem apenas aquelas que nos interessam.<\/p>\n<\/div>\n

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Essa fase de eliminar op\u00e7\u00f5es desfavor\u00e1veis \u00e9 a parte mais dif\u00edcil e delicada de todo o processo. Trata-se de uma esp\u00e9cie de coreografia matem\u00e1tica complexa (nas palavras do cientista da computa\u00e7\u00e3o Scott Aaronson e do quadrinista Zach Weinersmith), que s\u00f3 conseguimos realizar em alguns problemas concretos.<\/p>\n<\/div>\n

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Al\u00e9m disso, demonstrou-se h\u00e1 algum tempo que, em determinadas tarefas, n\u00e3o \u00e9 poss\u00edvel utilizar a computa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica para acelerar os c\u00e1lculos com rela\u00e7\u00e3o aos computadores tradicionais.<\/p>\n<\/div>\n

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O computador qu\u00e2ntico, portanto, n\u00e3o \u00e9 um dispositivo m\u00e1gico capaz de solucionar instantaneamente qualquer problema, como \u00e0s vezes a imprensa sensacionalista quer nos convencer. Mas tamb\u00e9m n\u00e3o \u00e9 simplesmente um computador mais veloz.<\/p>\n<\/div>\n

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N\u00e3o \u00e9 s\u00f3 mais r\u00e1pido<\/strong><\/h4>\n<\/div>\n<\/div>\n
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Outra das fal\u00e1cias que encontramos habitualmente nos artigos populares sobre computadores qu\u00e2nticos \u00e9 a redu\u00e7\u00e3o de todas as suas capacidades ao mero aumento da velocidade.<\/p>\n<\/div>\n

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Perdi a conta de quantas vezes encontrei explica\u00e7\u00f5es como “cientistas desenvolvem um computador qu\u00e2ntico um milh\u00e3o de vezes mais r\u00e1pido que os computadores tradicionais”. Por mais chamativas que possam ser essas afirma\u00e7\u00f5es, elas est\u00e3o totalmente erradas.<\/p>\n<\/div>\n

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\"N\u00fameros\"<\/picture><\/div>\n

CR\u00c9DITO,<\/span>GETTY IMAGES<\/span><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/figure>\n<\/div>\n

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\u00c9 costume que, em intervalos de poucos meses, os grandes fabricantes de microchips anunciem novos desenvolvimentos que oferecem 20, 30 ou 50% mais velocidade que seus predecessores. Mas o computador qu\u00e2ntico n\u00e3o baseia seu funcionamento em um simples avan\u00e7o da tecnologia que permite fazer as mesmas opera\u00e7\u00f5es de forma mais r\u00e1pida.<\/p>\n<\/div>\n

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De um lado, \u00e9 poss\u00edvel que, para algumas tarefas, o computador qu\u00e2ntico n\u00e3o supere a velocidade de um computador convencional. Mas, nos casos em que o computador qu\u00e2ntico oferece vantagem sobre os aparelhos tradicionais, as diferen\u00e7as n\u00e3o podem ser medidas somente com um n\u00famero.<\/p>\n<\/div>\n

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O computador qu\u00e2ntico executa algoritmos radicalmente diferentes dos utilizados por um computador cl\u00e1ssico. Isso faz com que a vantagem do aparelho qu\u00e2ntico aumente quanto maior for o tamanho do problema que quisermos resolver.<\/p>\n<\/div>\n

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Para problemas de busca em listas, por exemplo, o computador qu\u00e2ntico ser\u00e1 cinco vezes mais r\u00e1pido que o tradicional com 100 dados, 50 vezes mais r\u00e1pido com 10 mil elementos e 500 vezes mais r\u00e1pido com um milh\u00e3o de registros.<\/p>\n<\/div>\n

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Aplica\u00e7\u00f5es<\/strong><\/h4>\n<\/div>\n
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\u00c9 justamente esse aumento da vantagem dos computadores qu\u00e2nticos, proporcionalmente \u00e0 quantidade de dados a serem processados, que os torna especialmente atraentes no momento de abordar problemas que n\u00e3o podem ser tratados com computadores tradicionais.<\/p>\n<\/div>\n

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\u00c9 o caso de tarefas como encontrar os fatores de n\u00fameros inteiros muito grandes. \u00c9 nessa dificuldade que se baseia a seguran\u00e7a de muitos dos protocolos de codifica\u00e7\u00e3o utilizados em nossas comunica\u00e7\u00f5es digitais.<\/p>\n<\/div>\n

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\"Computaci\u00f3n\"<\/picture><\/div>\n

CR\u00c9DITO,<\/span>GETTY IMAGES<\/span><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/figure>\n<\/div>\n

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O tempo necess\u00e1rio para resolver esse problema utilizando os melhores algoritmos cl\u00e1ssicos dispon\u00edveis cresce quase exponencialmente \u00e0 medida que os n\u00fameros aumentam. Por isso, aumentar o tamanho de uma chave em algumas dezenas de bits faz com que ela se torne milh\u00f5es de vezes mais segura.<\/p>\n<\/div>\n

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Mas o matem\u00e1tico Peter Shor demonstrou h\u00e1 mais de 20 anos que decifrar esse tipo de codifica\u00e7\u00e3o seria vi\u00e1vel na pr\u00e1tica, se fossem utilizados algoritmos qu\u00e2nticos.<\/p>\n<\/div>\n

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E a criptografia n\u00e3o \u00e9 o \u00fanico campo em que os computadores qu\u00e2nticos podem oferecer grandes vantagens com rela\u00e7\u00e3o \u00e0 computa\u00e7\u00e3o tradicional. A simula\u00e7\u00e3o de novos materiais e o estudo de compostos qu\u00edmicos s\u00e3o dois exemplos de aplica\u00e7\u00f5es promissoras da computa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica.<\/p>\n<\/div>\n

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Trata-se, novamente, de tarefas extremamente dif\u00edceis para os computadores cl\u00e1ssicos, pois o n\u00famero de par\u00e2metros que descrevem o comportamento dos sistemas f\u00edsico-qu\u00edmicos cresce exponencialmente com a quantidade de part\u00edculas que os comp\u00f5em. Mas as propriedades qu\u00e2nticas desse tipo de sistemas fazem com que sua simula\u00e7\u00e3o com computadores qu\u00e2nticos seja algo natural, como destacou o f\u00edsico Richard Feynman, mesmo antes que a computa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica existisse como disciplina cient\u00edfica.<\/p>\n<\/div>\n

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\"Concepto<\/picture><\/div>\n

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S\u00e3o, portanto, muitos os pesquisadores que, nos \u00faltimos anos, desenvolveram algoritmos especificamente projetados para estudar propriedades de mol\u00e9culas qu\u00edmicas por meio de computadores qu\u00e2nticos. Um dos mais famosos \u00e9 o chamado Variational Quantum Eigensolver (VQE), que apresenta a peculiaridade de poder ser usado at\u00e9 mesmo com os computadores qu\u00e2nticos pequenos e sens\u00edveis a ru\u00eddos de que dispomos atualmente.<\/p>\n<\/div>\n

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Com esse m\u00e9todo, foi poss\u00edvel simular, em hardware qu\u00e2ntico real, algumas mol\u00e9culas de tamanho reduzido, atingindo precis\u00e3o equivalente \u00e0 dos c\u00e1lculos cl\u00e1ssicos.<\/p>\n<\/div>\n

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Embora ainda estejamos longe de superar os computadores tradicionais nesta tarefa, o ritmo de crescimento das capacidades dos computadores qu\u00e2nticos e as melhorias dos algoritmos utilizados nos fazem supor que esta possa ser uma das primeiras aplica\u00e7\u00f5es pr\u00e1ticas da tecnologia.<\/p>\n<\/div>\n

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Computa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica e intelig\u00eancia artificial<\/strong><\/h4>\n<\/div>\n
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Outros campos em que a pesquisa das aplica\u00e7\u00f5es da composi\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica \u00e9 especialmente intensa na atualidade s\u00e3o a intelig\u00eancia artificial e a otimiza\u00e7\u00e3o.<\/p>\n<\/div>\n

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Concretamente, existem diversos algoritmos qu\u00e2nticos que foram propostos para acelerar as tarefas relativas ao treinamento de modelos de aprendizado de m\u00e1quina a partir de grandes cole\u00e7\u00f5es de dados.<\/p>\n<\/div>\n

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Em alguns casos, com m\u00e9todos similares aos empregados por Peter Shor no desenvolvimento do seu algoritmo de fatora\u00e7\u00e3o, s\u00e3o obtidos benef\u00edcios exponenciais com rela\u00e7\u00e3o ao m\u00e9todo cl\u00e1ssico correspondente.<\/p>\n<\/div>\n

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Mas, como precisamos transferir os dados para o processador qu\u00e2ntico um a um a partir dos arquivos onde est\u00e3o armazenados, o gargalo n\u00e3o estaria no processamento das informa\u00e7\u00f5es, mas na sua leitura.<\/p>\n<\/div>\n

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Poss\u00edveis solu\u00e7\u00f5es seriam o uso de dados capturados diretamente com sensores qu\u00e2nticos, o que eliminaria a necessidade de carreg\u00e1-los de um dispositivo externo, e o desenvolvimento de mem\u00f3rias qu\u00e2nticas que permitam ler os dados em sobreposi\u00e7\u00e3o.<\/p>\n<\/div>\n

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\"Material\"<\/picture><\/div>\n

CR\u00c9DITO,<\/span>GETTY IMAGES<\/span><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/figure>\n<\/div>\n

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Al\u00e9m do estudo de t\u00e9cnicas para acelerar os processos de aprendizado autom\u00e1tico cl\u00e1ssico, tamb\u00e9m s\u00e3o pesquisados modelos puramente qu\u00e2nticos, como, por exemplo, as chamadas redes neuronais qu\u00e2nticas. Como essas propostas s\u00e3o relativamente recentes, suas capacidades ainda n\u00e3o s\u00e3o conhecidas, mas existem evid\u00eancias que demonstram que o seu rendimento \u00e9 superior ao dos m\u00e9todos cl\u00e1ssicos com certos conjuntos de dados criados artificialmente.<\/p>\n<\/div>\n

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Como bem destacou John Preskill, um dos maiores especialistas em computa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica do mundo, da mesma forma que as aplica\u00e7\u00f5es das redes neuronais cl\u00e1ssicas se desenvolveram sem a necessidade de ter sempre uma teoria s\u00f3lida e abrangente que as sustente, o aumento da disponibilidade de computadores qu\u00e2nticos para executar e ajustar as redes neuronais qu\u00e2nticas muito possivelmente levar\u00e1 a encontrar oportunidades de uso que hoje n\u00e3o podemos prever.<\/p>\n<\/div>\n

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Elias F. Combarro \u00e9 professor titular do departamento de inform\u00e1tica da Universidade de Oviedo, na Espanha. Este artigo foi publicado originalmente no site de not\u00edcias acad\u00eamicas The Conversation e republicado sob licen\u00e7a Creative Commons<\/figcaption><\/figure>\n

Os computadores qu\u00e2nticos n\u00e3o s\u00e3o a solu\u00e7\u00e3o para todos os problemas de computa\u00e7\u00e3o e tratamento de dados que venham a aparecer. N\u00e3o s\u00e3o aparelhos m\u00e1gicos para realizar qualquer c\u00e1lculo instantaneamente. Mas tamb\u00e9m n\u00e3o s\u00e3o apenas vers\u00f5es mais r\u00e1pidas dos computadores de que dispomos hoje.<\/p>\n<\/div>\n

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Nas tarefas em que \u00e9 poss\u00edvel obter vantagem utilizando a computa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica, o ganho de tempo de execu\u00e7\u00e3o aumenta com o tamanho do problema.<\/p>\n<\/div>\n

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Se considerarmos que as aplica\u00e7\u00f5es dos computadores qu\u00e2nticos incluem campos importantes como a ciberseguran\u00e7a, a simula\u00e7\u00e3o de processos f\u00edsico-qu\u00edmicos e a intelig\u00eancia artificial, o fato de que a computa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica n\u00e3o seja uma ferramenta que sirva para tudo n\u00e3o reduz seu valor, mas simplesmente define suas nuances.<\/p>\n<\/div>\n

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Dispor de computadores qu\u00e2nticos n\u00e3o significar\u00e1 o fim de nossas limita\u00e7\u00f5es de computa\u00e7\u00e3o, mas podemos ter a seguran\u00e7a de que trar\u00e1 uma profunda mudan\u00e7a na nossa forma de calcular e processar dados – e, portanto, uma transforma\u00e7\u00e3o radical da nossa sociedade.<\/p>\n

Leia aqui <\/i>a vers\u00e3o original (em espanhol)<\/a><\/span>.<\/i><\/p>\n

Cr\u00e9dito: El\u00edas F. Combarro \/ The Conversation na BBC – @ dispon\u00edvel na internet 06\/05\/2022<\/strong><\/p>\n<\/div>\n

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