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Computação Quântica: Um salto no tempo

A Computação Quântica é focada no desenvolvimento de tecnologia computacional com base nos princípios da teoria quântica, que explica o comportamento da energia e do material nos níveis atômico e subatômico.

cerebro simbolizando inteligência artificialOs computadores de hoje codificam informações em bits. Um computador quântico trabalha com partículas que podem estar em superposição, ou seja, em vez de representar bits, essas partículas representariam Qubits, que podem assumir o valor 0 ou 1 ou ambos simultaneamente.
Conheça a posição da Microsoft sobre o tema, em entrevista exclusiva para Infor Channel.

Qual é o impacto da Computação Quântica no mundo?
Temos muitos desafios no meio ambiente atualmente, problemas que não podem ser solucionados pela computação clássica. Para muitos de nós a Computação Quântica parece como um conceito relativamente novo, mas a verdade é que ele já existe há bilhões de anos. A natureza, que é o poder máximo da Computação Quântica, opera esta ciência em larga escala e possui comportamentos de acordo com as regras mecânicas quânticas, os sistemas que governam nosso mundo. Com isso, agora estamos aproveitando esse comportamento do mundo natural, para desbloquear melhores soluções ambientais e ajudar a garantir nosso futuro. De alguma forma, temos que nos adaptar às mudanças climáticas e entender como mitigar e garantir o fornecimento de água, a alimentação de forma sustentável da população humana, que em alguns anos deverá chegar a dez bilhões, ao mesmo tempo que provoca uma perda contínua e catastrófica de biodiversidade. Portanto, não podemos fazer essas coisas de forma independente; elas têm de ser feitas juntas.

O que se pode esperar de transformações
oriundas da aplicação de  Computação Quântica?
Nesse sentido, os computadores quânticos prometem resolver alguns dos maiores desafios da sociedade, como meio ambiente, agricultura, saúde, energia, clima, ciência dos materiais e muitas outras áreas. Por exemplo, hoje na indústria farmacêutica, um dos processos mais complexos é simular, em detalhes, ao dobramento e desdobramento de moléculas de proteínas, e sua interação com novas drogas. É impossível reproduzir o que ocorre no nível molecular sem gastar muita energia e meses de processamento. A Computação Quântica pode reduzir o tempo desse tipo de problema para minutos, talvez segundos e, assim, ajudar na engenharia de moléculas de remédios mais precisos no enfrentamento de doenças como Alzheimer e Parkinson. 

É possível detectar mais cedo o câncer e outras doenças e desenvolver medicamentos mais eficazes

Qual a relação com a natureza e as pessoas?
Gastamos aproximadamente 3% da produção total de energia do mundo em fertilizantes. Isso acontece porque dependemos do processo desenvolvido no início dos anos 1.900, que demanda o uso intensivo de energia. No entanto, conhecemos uma bactéria vegetal que realiza o mesmo processo a um custo energético muito mais baixo, usando uma enzima específica. Essa enzima está além das capacidades de análise dos maiores supercomputadores, mas não do alcance de um computador quântico de escala moderada. Pessoas com câncer de mama podem fazer várias sessões de quimioterapia e passar meses no limbo antes que os exames médicos possam detectar se esse coquetel de drogas tóxicas está encolhendo o tumor. Os algoritmos de ‘inspiração quântica’ da Microsoft, projetados para aproveitar os futuros computadores quânticos, utilizam princípios da física quântica para resolver problemas computacionais extremamente difíceis. Os algoritmos permitiram que a equipe da Case Western Reserve produzisse varreduras três vezes mais rápidas do que as abordagens anteriores de última geração, além de varreduras que são quase 30% mais precisas na medição de um identificador-chave de doenças.
Esses avanços poderiam ajudar os médicos a detectar o câncer e outras doenças mais cedo e desenvolver novos medicamentos para condições em que a evolução de um mal é atualmente difícil de se medir, ou usar imagens para diagnosticar tipos de câncer em vez de confiar em procedimentos invasivos, como biópsias.

Quais áreas são as mais afetadas pela Computação Quântica? Por quê?
Como dito, os computadores quânticos prometem resolver alguns dos maiores desafios da sociedade, como meio ambiente, agricultura, saúde, energia, clima, ciência dos materiais e muitas outras áreas. Contudo, o meio ambiente é a área que possui grande foco para essa tecnologia. Hoje, por exemplo, se dividirmos o planeta Terra em cada metro quadrado de terra e de água, para todos os lugares do planeta há muitas coisas diferentes pelas quais poderíamos usar essa terra ou água. Poderíamos usá-la para proteção, cultivo de alimentos, sequestro de carbono da atmosfera, instalação de casas para as pessoas viverem. É tudo sobre como podemos ajudar as pessoas a fazer melhores escolhas, para que possamos minimizar nosso impacto no planeta que, por sua vez, possa maximizar suas contribuições para a sociedade humana. Se isso for feito globalmente, a otimização adequada do uso dos elementos, nos permitirá produzir alimentos suficientes para a população mundial, enquanto ainda protegemos nossas comunidades, nosso suprimento de água e habitats animais. Para resolver problemas de otimização hoje, usamos novas soluções quânticas dependentes do hardware clássico. Existem algoritmos que vasculham um vasto número de possibilidades para encontrar um resultado ideal e também podem ser dimensionados para os computadores quânticos de amanhã, aproveitando todo o poder do quantum para resolver problemas mais difíceis, como os desafios do uso da terra.

O Q# da Microsoft permite a construção de algoritmos, usando linguagem quântica exclusiva

Que estágio está hoje a Computação Quântica e sua aplicação?
A Microsoft tem trabalhado em soluções para um computador quântico, mas não temos um prazo definido para o lançamento. Ainda há muita pesquisa envolvida neste processo em todo o mercado. Temos trabalhado na construção do primeiro qubit topológico, um tipo robusto de bit quântico, o qual acreditamos, servirá de base para um sistema computacional quântico escalável e de propósito geral – e marcar um avanço profundo no campo da física quântica. A Microsoft não está apenas interessada em construir um computador quântico que possa ser exibido em um laboratório em algum lugar. Em vez disso, a empresa está embarcando em um plano para entregar um sistema de Computação Quântica topológico completo. Isso inclui desde o hardware capaz de executar cálculos que exigem dezenas de milhares de qubits lógicos, até uma pilha completa de software que possa programar e controlar o computador quântico. No escopo global, a Microsoft prioriza inovações, investindo anualmente 18 bilhões de dólares no desenvolvimento de produtos, com um time de oito mil pesquisadores, que trabalha na criação de tecnologias que abrangem diversos campos, incluindo Inteligência Artificial, Computação Quântica, Internet das Coisas e outros.

Como a Microsoft tem trabalhado a Computação Quântica?
A Microsoft já está trabalhando com seus clientes no desenvolvimento de algoritmos que são executados em nosso simulador para resolver desafios reais e atuais, em áreas como saúde e energia. Mas ainda é cedo. Esperamos ver a escala uma vez que haja um número significativo de qubits estáveis – pense neles da mesma maneira que você pensa nos bits da computação clássica, e um computador quântico. Um exemplo disso é o lançamento recente do kit de desenvolvimento Quântico da Microsoft. Ele permite que qualquer desenvolvedor – seja ele, ou não, um especialista em física quântica – comece a construir algoritmos usando nossa linguagem quântica exclusiva, chamada de Q#. Os projetos podem ser testados em um simulador quântico local, capaz de representar cerca de 30 qubits lógicos de potência usando um laptop comum, ou utilizar os recursos do Microsoft Azure para chegar a uma simulação próxima de 40 qubits. Assim, o kit permite que sejam criados aplicativos que funcionem tanto agora, no simulador quântico, quanto no futuro, em um computador quântico topológico.

O que é mito e verdade em Computação Quântica?
É uma área tecnológica que ainda está sendo explorada, onde as empresas envolvidas em suas pesquisas estão mobilizando seus cientistas. O trabalho da Microsoft nesse campo é focado em três áreas: Matemática, Física e Ciência da Computação. Estamos criando um qubit ‘topológico’, uma abordagem única em que o bloco de construção quântica é naturalmente protegido contra erros, usando topologia para manter a informação. O computador quântico demanda gasto energético alto devido à necessidade de refrigeração que só existem a 20 milikelvin (mK), uma temperatura que está a apenas ‘um fio de cabelo’ acima do zero absoluto. Isso é mais frio do que qualquer ambiente natural do Universo. Chegar a 20 mK não é exatamente um grande problema tecnológico, assim como comunicar-se com um pequeno número de qubits também não é. Porém, estamos construindo um computador topológico escalável para lidar com alguns dos maiores desafios da sociedade, fato que requer comunicação com milhares de qubits ou mais. Fazer isso a essa temperatura é um desafio significativo. Por meio da Computação Quântica, podemos desbloquear soluções para problemas em áreas como IA, energia limpa, aquecimento global, desenho de materiais e muito mais. O impacto que a Computação Quântica pode ter está associado à nossa missão de empoderar cada pessoa e organização do planeta para alcançar mais.

Como fica a questão de segurança nessa área?
Já estamos profundamente envolvidos no desenvolvimento da ‘criptografia pós-quântica, preparando as novas soluções de segurança que serão necessárias quando, nos próximos anos, a Computação Quântica em larga escala se manifestar. Tem sido dito que tendemos a superestimar o que podemos alcançar em curto prazo, mas subestimamos o que podemos alcançar a longo prazo. Vemos isso em como os clientes, parceiros e desenvolvedores em todos os lugares estão ultrapassando as fronteiras do que é possível com a Realidade Mista e IA, criando soluções que estão mudando o mundo. Nosso trabalho é tornar essa mudança a mais suave possível, para que possamos saltar o tempo de um bilhão de anos em um computador clássico, para algumas horas em um computador quântico.

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