definição de computação quântica

A computação quântica é uma tecnologia de processamento de informação que utiliza princípios da mecânica quântica, distinguindo-se da computação binária tradicional ao recorrer a qubits como unidades fundamentais de informação. Os qubits podem assumir múltiplos estados em simultâneo (superposição) e apresentar entrelaçamento quântico, correlacionando informação entre si. Estas propriedades permitem aos computadores quânticos capacidades muito superiores às dos computadores clássicos na resolução de determinados problemas. Embora ainda esteja em desenvolvimento, a computação quântica já revela potencial revolucionário em áreas como criptografia, ciência dos materiais, desenvolvimento farmacêutico e problemas de otimização.

Contexto: Origem da Computação Quântica

O conceito de computação quântica surgiu no início dos anos 1980, quando o físico Richard Feynman propôs a simulação de fenómenos físicos quânticos através de sistemas quânticos. Em 1985, David Deutsch apresentou o primeiro modelo teórico de máquina de Turing quântica, estabelecendo as bases teóricas do campo.

Entre os marcos mais relevantes no desenvolvimento da computação quântica destacam-se:

1. Em 1994, Peter Shor desenvolveu um algoritmo quântico capaz de fatorizar grandes inteiros de forma eficiente, colocando em causa os sistemas criptográficos modernos
2. Em 1996, Lov Grover introduziu um algoritmo quântico para acelerar processos de pesquisa
3. No início dos anos 2000, foram criados os primeiros qubits práticos
4. Em 2019, a Google anunciou ter alcançado a “supremacia quântica” com um processador de 53 qubits capaz de realizar uma tarefa que exigiria milhares de anos a supercomputadores clássicos

Funcionamento: Como Opera a Computação Quântica

Os princípios fundamentais da computação quântica incluem vários conceitos essenciais:

1. Qubits: Unidades básicas da computação quântica; ao contrário dos bits clássicos, que podem ser 0 ou 1, os qubits admitem os estados |0⟩, |1⟩ ou uma superposição dos dois

2. Superposição: Os qubits podem existir em vários estados ao mesmo tempo, permitindo que computadores quânticos processem múltiplos inputs em paralelo

3. Entrelaçamento: Dois ou mais qubits podem formar sistemas correlacionados, mantendo os estados interligados mesmo com separação física

4. Interferência Quântica: As fases das funções de onda quânticas podem reforçar ou anular efeitos através de interferência, acelerando algoritmos quânticos

5. Portas Quânticas: As operações computacionais realizam-se ao manipular um ou mais qubits; portas quânticas comuns incluem Hadamard, CNOT e Pauli-X/Y/Z

O processo quântico envolve três etapas principais: inicialização dos qubits, aplicação de operações de portas quânticas e medição dos resultados. Ao contrário dos computadores tradicionais baseados em circuitos eletrónicos, os computadores quânticos podem utilizar diferentes sistemas físicos como suportes dos qubits, incluindo circuitos supercondutores, armadilhas de iões, fotões e spins de eletrões.

Riscos e Desafios da Computação Quântica

Apesar do potencial, a computação quântica enfrenta vários desafios técnicos e práticos:

1. Decoerência Quântica: Os sistemas quânticos são altamente vulneráveis a interferências ambientais, originando perda de informação do estado quântico — o maior desafio técnico atual

2. Complexidade da Correção de Erros Quânticos: Para garantir códigos fiáveis, é necessário um elevado número de qubits físicos adicionais, aumentando a complexidade dos sistemas

3. Escalabilidade: Os computadores quânticos mais avançados têm apenas algumas dezenas a centenas de qubits, enquanto aplicações práticas exigem milhões de qubits estáveis

4. Riscos para a Segurança Criptográfica: Os computadores quânticos podem quebrar sistemas de encriptação RSA e de curvas elípticas, impulsionando o desenvolvimento da “criptografia pós-quântica”

5. Limitações dos Algoritmos Quânticos: As vantagens conhecidas são restritas a problemas específicos, e muitas tarefas correntes podem não beneficiar da aceleração quântica

6. Barreiras Técnicas e de Custos: Os computadores quânticos requerem ambientes próximos do zero absoluto, tornando a sua construção e manutenção altamente dispendiosas

A computação quântica encontra-se num momento crítico, em transição entre a investigação e a aplicação prática, com vários desafios por ultrapassar.

A computação quântica constitui a próxima fronteira tecnológica, com potencial para transformar a abordagem aos problemas computacionais. Ao explorar fenómenos quânticos como a superposição e o entrelaçamento, os computadores quânticos demonstram capacidades que ultrapassam a computação clássica em áreas específicas. Embora persistam obstáculos técnicos para atingir computadores quânticos plenamente funcionais, os avanços já comprovam o seu potencial revolucionário. À medida que o hardware e os algoritmos quânticos evoluem, estamos a aproximar-nos de uma nova era computacional, onde a tecnologia de informação quântica coexistirá com a computação clássica.