Baixe Introdução à Computação Quântica: Origens, Vantagens e Desafios - Prof. Jassitene e outras Manuais, Projetos, Pesquisas em PDF para Computação Quântica, somente na Docsity!
Índice
- Introdução..........................................................................................................................
- Computação quântica....................................................................................................
- 1.1. Origens da Computação Quântica..............................................................................
- 1.2. Vantagens da computação quântica............................................................................
- 1.3. Qubits..........................................................................................................................
- 1.4. Dificuldades do Computador Quântico......................................................................
- 1.5. Criptografia Quântica.................................................................................................
- Conclusão..........................................................................................................................
- Referencias........................................................................................................................
Introdução A computação quântica surgiu da necessidade de se resolver sistemas muito complexos, onde há necessidade de um processamento em paralelo muito pesado. Como será explicado adiante, o grande poder da computação quântica vem de sua capacidade de processar todas as permutações de n bits através de um circuito lógico simultaneamente, o que torna problemas de tentativa e erro da computação clássica triviais. Os computadores atuais, ou computadores clássicos (como chamam os pesquisadores de computadores quânticos), usam como forma de processar dados os chamados bits, um bit é a menor unidade de informação que pode ser armazenada ou transmitida em um computador. Bit quer dizer binary digit, dígito binário em português, e pode assumir somente dois valores, por exemplo, 1 e 0, verdadeiro e falso, ligado e desligado.
1.2. Vantagens da computação quântica Dois são os pilares fundamentais que explicam a necessidade de se construir um computador quântico. O primeiro está relacionado com a miniaturização dos componentes dos processadores, que se deve a busca por maior rapidez no processo de computação. Porém, o mais fascinante na mecânica quântica são os algoritmos que propiciam ganho de velocidade com relação a computação clássica. Boa parte do problema de se transmitir informações entre pessoas de maneira privada com a velha arte da criptografia reside na dificuldade da transmissão de chaves de maneira confiável: isso e feito utilizando os problemas do logaritmo discreto e da factoração de números grandes. No entanto, para surpresa da comunidade científica, Shor propõe, em 1994, um algoritmo em que soluciona os problemas apresentados com redução exponencial em termos de complexidade computacional através da computação quântica, sendo esse realmente um fator importante e que motivou estudos na área, já que o sistema RSA e similares são amplamente utilizados ate hoje. Além do algoritmo de Shor, outro algoritmo importante é o de Grover, que faz a busca em uma lista com redução quadrática em termos de complexidade computacional. E apesar de o ganho não ser extraordinário, é de extrema importância, pois esse processo é corriqueiro em computação. 1.3. Qubits Os qubits são os bits quânticos, que tem como principal diferencial poder assumir valores superpostos. Um qubit é na verdade uma distribuição de probabilidades para cada bit possível. Portanto, um único qubit pode assumir 0, 1 ou qualquer valor entre 0 e
- Apesar de poder haver infinitos estados entre 0 e 1, a saída de um sistema com qubits sempre está em bits clássicos, não havendo problema na continuidade dos estados dos qubits. Um único qubit não é de grande utilidade, pois não faz sentido realizar cálculos com estados superpostos deste bit se não é possível obter estas informações na medição do qubit. Então a grande vantagem vem nos registradores de qubits, através de codificação superdensa já explicado. Isso torna possível ter 2 bits para cada bit clássico.
Para efeitos de comparação, com n=300 bits quânticos poderão se representar 2300 bits clássicos, que é várias vezes a quantidade de átomos no universo. 1.4. Dificuldades do Computador Quântico O problema vem da dificuldade de se isolar o sistema de estímulos externos e de não perturbá-lo na medição. Um pesquisador da IBM, David P. DiVincenzo, citou 5 problemas essenciais:
- Um sistema físico escalável com bits bem caracterizados – É necessário medir o sistema e compreender as características de cada bit (como correlação e estado de superposição) para poder-se operar em cima dos registradores.
- Inicialização dos estados dos qubits – Para poder realizar qualquer operação, é necessário saber qual o estado inicial do registrador.
- Tempos de decoerência muito altos, muito maior que o tempo das portas lógicas
- O tempo de decoerência é o tempo que um qubit consegue manter seu estado coerente. O atual problema é que as operações das portas lógicas têm que ocorrer em tempo muito menor que o tempo de decoerência, caso contrário o resultado da porta lógica será incorreto.
- Conjunto universal de portas quânticas – As portas quânticas existentes devem ser capazes de realizar todas as transformações possíveis.
- Leitura específica de qubits – O requisito mais óbvio, o qubit tem que ser lido no final, e a maneira com que isso é feito é extremamente complicado, por se tratar de um sistema cuja menor instabilidade pode alterar o resultado. 1.5. Criptografia Quântica Certamente o maior atrativo desta tecnologia está na criptografia, Os aspectos físicos que estes padrões adotam para criptografar a informação são, primordialmente, o princípio de incerteza de Heisenberg e a correlação. O princípio de incerteza de Heisenberg tem papel fundamental garantir que se alguém interceptar um canal de comunicação de qubits, os dados serão modificados de tal forma que a mensagem chegará ao outro lado de coerente o suficiente para se saber que há um espião na linha. Isso é uma possibilidade totalmente inovadora, pois nenhum método de criptografia atual consegue ser capaz de detectar que há alguém ouvindo a transmissão.
Referencias [1] Texto “What is Quantum Computation?” da enciclopédia Quantiki [2] Texto “Shor’s Algorithm”, da enciclopédia Wikipedia [3] Texto “Quantum Computer”, da enciclopédia Wikipedia [4] KARVAT CAMARA, Mateus; POSTAL, Adriana. Uma Introdução à Computação Quântica com o Quantum Development Kit. Revista Eletrônica Argentina-Brasil de Tecnologias da Informação e da Comunicação, [S.l.], v. 1, n. 12, jul. 2020. ISSN 2446-
Disponível em: . Acesso em: 27 jan. 2021. doi: http://dx.doi.org/10.5281/zenodo.3948886. [5] GRILO, Alex Bredariol. Computação quântica e teoria de computação. 2014. 155 p. Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação, Campinas, SP. Disponível em: . Acesso em: 27 jan. 2021. [6] S. J. Lomonaco, “A Quick Glance at Quantum Cryptography”, 1998, website: http://www.cs.umbc.edu/~lomonaco/lecturenotes/9811056.pdf
