Computadores quânticos são máquinas de aparência estranha
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Imagine um computador quântico. Você imagina um computador comum, mas de alguma forma melhor? Se sim, isso está errado, porque os computadores quânticos são fundamentalmente diferentes. Eles dependem de fenômenos quânticos exóticos que ocorrem entre suas partes constituintes, conhecidas como qubits, mas suas propriedades estranhas muitas vezes suscitam mitos e mal-entendidos. Especialista em computação quântica Shayan Majidi na Universidade de Harvard, autor principal Construindo um Computador Quânticoestá aqui para mantê-lo atualizado.
1. Já existem computadores quânticos
Eu estava em um vôo e outro passageiro me perguntou: “Quando teremos realmente computadores quânticos?” Mas eles existem e nós os usamos todos os dias! Cientistas de todo o mundo estão a utilizá-los, e algumas empresas até os disponibilizaram ao público para que as pessoas que vivem em casa possam aceder a computadores quânticos e utilizá-los.
Dito isto, os computadores quânticos ainda não são semelhantes aos modelos de linguagem de grande porte, onde você pode simplesmente abrir seu laptop e usá-lo o tempo todo. Eles são dispositivos ainda mais especializados e há um espectro na forma como as pessoas os utilizam. Experimentalistas que trabalham para melhorar os computadores quânticos trabalham neles todos os dias. Na verdade, muitos pesquisadores estão usando computadores quânticos para construir os blocos de construção dos futuros computadores quânticos de grande escala. Ou usamos isso para investigar questões científicas muito básicas.
Estamos no topo de uma onda de demonstrações de como usar computadores quânticos para coisas que os computadores convencionais não podem fazer. Eu não ficaria surpreso se daqui a cinco, dez anos eu estivesse orientando alunos que acessam rotineiramente computadores quânticos apenas pela nuvem, sempre realizando experimentos como esse.
2. Os computadores quânticos não tornarão toda a computação mais fácil
O equívoco aqui é que os computadores quânticos serão computadores melhores e mais rápidos e tornarão obsoletos os computadores clássicos. Mas os computadores quânticos geralmente não são mais rápidos – prefiro descrevê-los como computadores que possuem capacidades diferentes. Ou seja, eles oferecem aceleração significativa apenas para problemas muito específicos.
Dois exemplos bem conhecidos de tais problemas são a fatoração de grandes números mais rapidamente do que qualquer algoritmo clássico, o que é importante para quebrar a criptografia, e também pesquisas mais rápidas em dados não estruturados. Além disso, existem problemas como simulações de sistemas quânticos, tarefas de amostragem, certos problemas de otimização e alguns problemas de álgebra linear com suposições muito específicas.
Portanto, a superioridade dos computadores quânticos não vem de sua velocidade bruta, mas sim de seus algoritmos quânticos meticulosamente projetados. Esses algoritmos exploram a superposição, a interferência, o emaranhamento e todos esses efeitos quânticos inerentes, e seu uso é adequado para uma classe muito restrita de problemas.
Mas fora desses casos, para fazer qualquer coisa como navegar na web, enviar mensagens de texto, jogar, os computadores quânticos não oferecem nenhuma vantagem sobre o que um laptop pode fazer. Existem classes de problemas que consideramos quantum fáceis e classicamente difíceis, e esses são os problemas que queremos resolver com computadores quânticos. O que é classicamente fácil já é classicamente fácil, então não use nosso computador quântico nisso, porque será apenas uma perda de tempo e recursos.
3. Os computadores quânticos não são equivalentes a muitos computadores clássicos trabalhando simultaneamente
Acho que as pessoas muitas vezes imaginam que os computadores quânticos tentam todos os cálculos de uma só vez, porque os seus qubits podem ser colocados em estados especiais de superposição, e é por isso que são geralmente mais poderosos. O estado de superposição significa que o qubit existe em uma combinação de zeros e uns ao mesmo tempo. E é verdade se você já fez isso N qubit, seu estado quântico será descrito por exponencialmente muitos, ou 2N escolha. Mas o mito do paralelismo infinito desmorona porque não é possível ler realmente a informação. Você não pode ler exponencialmente muitas respostas. Quando você mede o estado de um qubit, ele se transforma em um único valor clássico comum.
Então, a história real é muito mais sutil. Os computadores quânticos podem fornecer muitas respostas, e projetamos algoritmos para amplificar as respostas certas e suprimir as erradas. Um algoritmo realmente bom pega todas essas opções sobrepostas e faz com que, quando a medição final for feita, surja a resposta correta.
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