A computação clássica percorreu um longo caminho, desde a resolução de problemas matemáticos simples até o uso de recursos adicionais para resolver tarefas altamente complexas. No entanto, as limitações da computação clássica a impedem de resolver os desafios muito mais complexos que o mundo enfrenta hoje, e é aí que a computação quântica entra em cena.

Embora não esteja comercialmente disponível (em larga escala) atualmente, espera-se que a computação quântica mude o mundo como o conhecemos, trazendo a próxima geração de transformações para finanças, medicina, criptografia, inteligência artificial (IA) e inúmeros outros campos.

De bit a qubit — a transição da computação clássica para a quântica

Na computação clássica, que inclui telefones, laptops e quase todos os outros dispositivos, a informação é armazenada em formato binário. Esta informação existe como um bit, que é 0 ou 1.

Na computação quântica, a informação não fica apenas em 0s e 1s, mas também pode existir entre ambos os bits simultaneamente. Aqui, a unidade básica de memória não é um bit, mas um bit quântico (qubit). Um qubit é criado usando um sistema físico (elétrons ou fótons). Como esses qubits essencialmente existem em um "estado intermediário", eles podem fazer parte de várias disposições diferentes ao mesmo tempo, o que é conhecido como superposição quântica. Quando diferentes qubits são ligados entre si, o processo é conhecido como emaranhamento quântico. A superposição e o emaranhamento quânticos juntos permitem que inúmeros qubits representem diferentes coisas ao mesmo tempo.

A computação quântica foi criada para resolver problemas grandes e não estruturados. Ela promete resolver tarefas complexas em questão de minutos ou horas, o que levaria um computador clássico milhares de anos. Por exemplo, em 2019, o Google anunciou que alcançou a "supremacia quântica" pela primeira vez. Seu processador Sycamore de 54 qubits foi capaz de realizar um cálculo matemático em 200 segundos, o que levaria 10.000 anos para ser concluído no supercomputador mais rápido do mundo.

Ao falar sobre a ciência por trás da computação quântica, é importante notar que o estado em que um qubit existe é extremamente sensível, e qualquer interferência pode fazer com que o qubit perca seu estado. Por exemplo, computadores quânticos são extremamente sensíveis ao calor. Colisões de moléculas de ar podem fazer com que um qubit perca suas propriedades quânticas e volte a ser 1 ou 0. Isso é conhecido como decoerência quântica.

A decoerência quântica pode fazer com que todo o sistema trave.

Como a computação quântica impactará os negócios?

À medida que as empresas se aproximam da comercialização de produtos de computação quântica, torna-se cada vez mais importante identificar as várias aplicações que se beneficiarão disso. A computação quântica pode ser usada para inúmeras aplicações para resolver problemas complexos que não podem ser feitos de forma eficiente em um computador clássico. Esses problemas podem estar em qualquer número de áreas, como cadeia de suprimentos e logística, IA e aprendizado de máquina, finanças, criptografia, saúde, cibersegurança, otimização de tráfego, previsão do tempo, utilização de energia, e assim por diante.

Os limites da computação quântica são ilimitados uma vez que os desafios de hardware e software para a implementação sejam resolvidos. O principal desafio é garantir que os qubits mantenham seu estado de superposição sem serem afetados por influências externas, como calor ou vibrações.

Embora existam muitas indústrias, há alguns temas recorrentes que surgem quando discutimos a computação quântica — otimização e pesquisa. Aqui está uma lista de aplicações que a computação quântica poderia melhorar drasticamente ou resolver:

Vamos falar sobre algumas áreas-chave em detalhes:

Descoberta de medicamentos e pesquisa: A saúde esteve na vanguarda como resultado da pandemia de COVID-19. As empresas estão agora gastando bilhões de dólares em descoberta de medicamentos e pesquisa e desenvolvimento no campo médico, realizando testes de vacinação, conduzindo novas pesquisas de medicamentos, estudando biologia molecular e outros campos da saúde.

A computação quântica poderia ajudar a encurtar significativamente os ensaios clínicos que levam meses ou anos, já que todos os dados seriam processados e simulados em um ritmo muito mais rápido. Isso poderia significar menos tempo para que os medicamentos cheguem ao mercado, tempos de aprovação de medicamentos mais curtos e simulações mais rápidas. Em reconhecimento a esse novo futuro quântico, as empresas de saúde estão investindo em computação quântica. Por exemplo, em janeiro de 2021, a Boehringer Ingelheim, uma grande empresa de saúde, anunciou que a empresa entrou em um acordo de colaboração com o Google Quantum AI para focar e desenvolver a pesquisa de computação quântica na pesquisa farmacêutica.

Setor financeiro: Uma das maiores áreas onde se espera que a computação quântica faça grandes avanços é no setor financeiro, especificamente dentro da segmentação de clientes, análise de previsão, perfil de risco e negociação de instrumentos ou mercados financeiros. Espera-se que a computação quântica melhore drasticamente os métodos de simulação de Monte Carlo. A simulação de Monte Carlo é uma técnica matemática onde pesquisadores ou experimentadores podem considerar fatores de risco ao tomar decisões. Ela fornece uma gama de possíveis fatores ou resultados com base nas variáveis fornecidas.

A computação quântica pode tornar essas simulações significativamente mais rápidas, ajudando as empresas a tomar decisões muito mais rápidas e analisar dados complexos. Pesos pesados financeiros como Barclays e JPMorgan foram algumas das primeiras empresas no mundo a aproveitar a computação quântica para o setor financeiro colaborando com a IBM em sua rede IBM Q em 2017.

IA e aprendizado de máquina: A IA e o aprendizado de máquina fizeram grandes avanços em todas as indústrias. A tecnologia está na vanguarda de inúmeras áreas agora, como manufatura, robótica e desenvolvimento de aplicativos, e mudará o curso da vida como a conhecemos. Tarefas como reconhecimento de imagem, reconhecimento de voz e vídeo, fazer previsões, detecção de fraudes e outras estão sendo todas tratadas por IA e aprendizado de máquina em segundo plano.

À medida que o número de aplicações aumenta, também aumenta a quantidade de dados. Ter uma tonelada de dados é uma coisa boa, mas não saber como usar esses dados apresenta um desafio significativo. É muito difícil para os computadores tradicionais acompanharem as necessidades operacionais e de processamento desses dados, que precisam ser altamente precisos e também funcionar em alta velocidade.

É aqui que a computação quântica pode entrar. Problemas complexos de IA e aprendizado de máquina poderiam ser resolvidos em horas em vez de anos! Os investimentos no espaço também começaram a ganhar ritmo. Em junho de 2021, cientistas da computação liderados por ETH Zurich começaram a conduzir uma exploração inicial para aprendizado de máquina confiável impulsionado por computação quântica.

Inovações mais recentes no espaço da computação quântica

O espaço da computação quântica (tanto hardware quanto software) viu vários investimentos nos últimos anos. Empresas como Google, IBM, D-Wave Systems lançaram suas próprias versões de computadores quânticos tanto como hardware quanto na nuvem, mas ainda estão sob revisões rigorosas para determinar se podem ou não ser chamados de um verdadeiro "computador quântico".

Empresas em todo o mundo reconheceram o incrível potencial da computação quântica e esse reconhecimento se manifestou como um aumento significativo nos investimentos.

Alguns dos principais investimentos no último ano foram listados abaixo:

O crescimento do serviço de nuvem quântica

O hardware para o desenvolvimento de computadores quânticos é um desafio, atrasando sua comercialização em larga escala. Os enormes requisitos de energia, juntamente com questões de design e desenvolvimento para garantir que os computadores quânticos sejam mantidos estáveis em temperaturas abaixo de zero, são complexos e caros.

Para superar isso, os fornecedores de computação quântica estão olhando para a nuvem para trazer a computação quântica para um público maior. Uma das principais tendências que observamos no espaço da computação quântica é o interesse em torno do serviço de nuvem quântica.

No serviço de nuvem quântica, como o nome sugere, desenvolvedores de aplicativos e cientistas podem construir aplicativos quânticos híbridos e observar impactos práticos. O software permite que a pessoa acesse serviços quânticos por meio de uma plataforma de computação em nuvem. A D-Wave Systems, um fornecedor chave no espaço da computação quântica anunciou o lançamento do Leap 2, que é um serviço de nuvem quântica. O software permite que os usuários resolvam problemas que têm até 10.000 variáveis. Como os serviços de nuvem quântica são focados principalmente em desenvolvedores no momento, ele suporta um ambiente de desenvolvimento integrado (IDE) pré-construído e pronto para codificar na nuvem.

A era da computação quântica se aproxima

À medida que mais empresas percebem os possíveis benefícios da computação quântica uma vez que ela seja comercializada em escala, os investimentos continuam a crescer. Cruzar as barreiras físicas é o primeiro e maior desafio que está à frente dos pesquisadores de computadores quânticos. Várias empresas como IBM, Google, Microsoft e inúmeras empresas de médio porte estão fazendo grandes avanços no campo da computação quântica para garantir que a computação quântica seja mais uma realidade do que um mito na próxima década.

Editado por Sinchana Mistry