O que é computação quântica? Entenda o funcionamento dessa tecnologia

O que é computação quântica? Entenda o funcionamento dessa tecnologia

Computador quântico tem alto poder de processamento (Imagem: Vitor Pádua / Tecnoblog)

A computação quântica é uma forma de processar informações que usa princípios da física quântica. Em vez de bits tradicionais, ela utiliza qubits, que podem representar vários estados ao mesmo tempo. Isso permite realizar certos cálculos de maneira muito mais rápida que um computador comum.

Essa tecnologia surgiu nos anos 1980, quando cientistas perceberam que os computadores tradicionais não conseguiam simular sistemas quânticos. A partir daí, começaram os estudos para criar máquinas baseadas em partículas subatômicas.

Grandes empresas já desenvolvem processadores quânticos capazes de executar tarefas específicas com alto desempenho.

Embora ainda esteja em fase inicial, a tecnologia quântica promete revolucionar áreas como inteligência artificial, segurança digital e pesquisas científicas. A seguir, entenda como tudo funciona na prática.

ÍndiceO que é computação quântica?Quando surgiu a computação quântica?Para que serve a computação quântica?Como funciona a computação quântica?Quais são os exemplos de aplicações da computação quântica?Quais empresas desenvolvem computadores quânticos?Qual é o futuro da computação quântica?Quais são as vantagens da computação quântica?Quais são as desvantagens da computação quântica?Qual é a diferença entre computação quântica e computação clássica?Qual é a diferença entre qubits e bits na computação quântica?

O que é computação quântica?

Computação quântica é um tipo de tecnologia que usa as leis da física quântica para processar informações. Diferente dos computadores comuns, que usam bits (0 ou 1), ela trabalha com qubits, que podem estar em vários estados ao mesmo tempo. Isso permite resolver certos problemas de forma muito mais rápida e eficiente.

A computação quântica representa uma nova forma de processar informações, diferente da lógica binária tradicional (Imagem: Growtika/Unsplash)

Quando surgiu a computação quântica?

A ideia da computação quântica surgiu no início dos anos 1980, quando o físico Richard Feynman apontou que os computadores tradicionais não eram eficientes para simular sistemas quânticos. Ele sugeriu que, para lidar com esses fenômenos, seria necessário um computador baseado nas próprias regras da mecânica quântica.

A partir dessa proposta, outros cientistas começaram a desenvolver os fundamentos teóricos da computação quântica. Na década de 1990, surgiram os primeiros algoritmos quânticos, como o de Shor, que mostrou o potencial da nova tecnologia para resolver problemas complexos, como a fatoração de grandes números.

Para que serve a computação quântica?

A computação quântica serve para resolver problemas muito difíceis ou demorados para os computadores tradicionais. Ela é especialmente útil em situações que exigem muitos cálculos ao mesmo tempo, como simular moléculas, prever cenários complexos ou encontrar a melhor solução entre milhares de possibilidades.

Com essa capacidade, a tecnologia pode ser aplicada em áreas como química, logística, inteligência artificial, segurança digital e finanças. O objetivo é acelerar processos, economizar recursos e permitir descobertas que hoje seriam inviáveis com os sistemas atuais.

Como funciona a computação quântica?

Diferente dos computadores tradicionais, que usam bits (0 ou 1) para representar informações, os computadores quânticos usam qubits. O qubit é especial porque pode estar em 0, 1 ou em ambos ao mesmo tempo, graças a um fenômeno chamado superposição.

Outro conceito importante é o entrelaçamento quântico. Quando dois qubits estão entrelaçados, o que acontece com um afeta o outro, mesmo que estejam longe. Essa conexão permite que os computadores quânticos façam cálculos de forma muito mais rápida e eficiente.

Para processar as informações, os computadores usam portas lógicas quânticas. Elas são comandos que mudam o estado dos qubits e são combinadas em circuitos para resolver problemas complexos como encontrar padrões, simular reações químicas ou otimizar grandes sistemas.

A performance de um computador quântico depende de fatores como o número de qubits, a taxa de erro e o tempo que eles conseguem manter seus estados. Existem diferentes tipos de arquitetura, como qubits feitos com supercondutores ou íons presos.

Tudo isso faz parte dos avanços na tecnologia da informação, que busca tornar esses computadores mais poderosos e acessíveis.

Quais são os exemplos de aplicações da computação quântica?

A computação quântica já é estudada para resolver desafios em áreas que exigem muitos cálculos e grandes volumes de dados. Alguns exemplos de uso desta tecnologia são:

Criptografia: pode quebrar sistemas de segurança atuais, como o RSA, mas também permite criar novas formas de proteção usando leis da física quântica, como a criptografia quântica, praticamente inviolável;

Segurança da informação: torna possível desenvolver redes de comunicação ultra seguras, com sistemas que detectam qualquer tentativa de espionagem ou interceptação dos dados;

Simulação de sistemas complexos: permite simular o comportamento de átomos e moléculas em detalhes, o que acelera o desenvolvimento de novos medicamentos, vacinas e materiais avançados;

Otimização: ajuda a encontrar a melhor solução em situações com muitas variáveis e possibilidades, como o planejamento de produção em fábricas ou a alocação de recursos em empresas;

Logística: pode calcular rotas de transporte mais rápidas e econômicas, otimizando entregas e reduzindo custos com combustível, tempo e pessoal;

Inteligência artificial (IA) quântica: melhora o desempenho de algoritmos de IA, tornando o aprendizado de máquina mais rápido e capaz de lidar com dados extremamente complexos.

Quais empresas desenvolvem computadores quânticos?

Diversas empresas de tecnologia já investem pesado no desenvolvimento de computadores quânticos, criando máquinas reais ou plataformas de acesso remoto para pesquisa e testes. Veja alguns dos principais nomes:

IBM: oferece acesso ao IBM Quantum, uma plataforma com computadores quânticos reais baseados em qubits supercondutores e ferramentas como o Qiskit para programadores;

Google: desenvolveu o Sycamore, processador que demonstrou a chamada “supremacia quântica” ao resolver um problema específico mais rápido que um supercomputador tradicional;

D-Wave: pioneira no uso do modelo de recozimento quântico (quantum annealing), ideal para problemas de otimização e simulações em empresas;

Microsoft (Azure Quantum): fornece um ambiente na nuvem que conecta usuários a diferentes tipos de hardware quântico, além de linguagens como Q# para desenvolvimento;

Amazon (Braket): plataforma que permite experimentar computadores quânticos de várias empresas por meio da nuvem da AWS.

Qual é o futuro da computação quântica?

A computação quântica deve se tornar mais acessível com o modelo “Quantum as a Service” (QaaS), que permite usar computadores quânticos pela internet, sem precisar de um equipamento próprio. Outra aposta é a criação da internet quântica, com redes de comunicação ultra seguras baseadas em entrelaçamento de qubits.

Setores como saúde, energia, finanças e logística devem ser transformados com essa tecnologia. Segundo a MIT Technology Review Brasil, empresas como a PsiQuantum já planejam sistemas comerciais antes de 2030, com potencial para acelerar pesquisas médicas, criar medicamentos personalizados e otimizar grandes sistemas de dados.

O mercado de trabalho também deve crescer, com novas oportunidades para quem se especializar em programação quântica, física ou engenharia.

Ao mesmo tempo, pesquisas buscam tornar computadores quânticos mais sustentáveis, com o uso de chips de vidro e técnicas de resfriamento mais eficientes para reduzir o alto consumo de energia dos sistemas atuais.

Fenômenos como o entrelaçamento quântico abrem caminho para avanços como a internet quântica, com comunicações ultra seguras, e novas formas de processamento distribuído (Imagem: Dynamic Wang/Unsplash)

Quais são as vantagens da computação quântica?

A principal vantagem da computação quântica é a capacidade de resolver problemas extremamente complexos de forma mais rápida do que os computadores tradicionais. Algumas das vantagens são:

Alta capacidade de processamento: permite realizar muitos cálculos ao mesmo tempo, graças à superposição e ao entrelaçamento dos qubits;

Soluções para problemas complexos: ideal para tarefas como simulações químicas, otimização e aprendizado de máquina;

Avanços em segurança da informação: possibilita criptografia quântica, com maior proteção contra ataques;

Inovação em áreas estratégicas: contribui para descobertas em saúde, energia, finanças e inteligência artificial;

Acesso via nuvem: com o modelo QaaS, é possível usar computadores quânticos sem infraestrutura própria.

Quais são as desvantagens da computação quântica?

Apesar do potencial, a computação quântica ainda enfrenta desafios importantes, como instabilidade dos qubits, alto custo e dificuldade para escalar a tecnologia. Algumas das principais desvantagens da tecnologia quântica são:

Fragilidade dos qubits: são sensíveis ao ambiente e perdem informações facilmente (decoerência);

Correção de erros complexa: exige muitos qubits extras para manter a confiabilidade;

Custo e infraestrutura: requer equipamentos caros e condições extremas, como resfriamento criogênico;

Escalabilidade limitada: ainda estamos longe de construir máquinas com milhões de qubits estáveis;

Falta de regulamentação: ainda não há normas claras sobre uso, segurança e ética na computação quântica.

Qual é a diferença entre computação quântica e computação clássica?

A computação quântica usa qubits, que podem assumir vários estados ao mesmo tempo e se conectar com outros qubits de forma especial. Isso permite resolver problemas muito complexos com mais rapidez, principalmente em áreas como simulações científicas, inteligência artificial e criptografia.

Já a computação clássica funciona com bits, que representam apenas um valor por vez: 0 ou 1. Ela é eficiente para tarefas do dia a dia, como navegar na internet ou editar documentos, mas tem limitações quando precisa lidar com grandes volumes de dados ou cálculos muito sofisticados.

Qual é a diferença entre qubits e bits na computação quântica?

O qubit é a unidade de informação da computação quântica. Ele pode representar 0, 1 ou os dois ao mesmo tempo, por causa da superposição. Além disso, pode se ligar a outros qubits por entrelaçamento, criando conexões que permitem cálculos muito mais complexos.

Já o bit é a unidade usada nos computadores tradicionais. Ele só pode assumir um valor por vez: 0 ou 1. É com essa lógica simples que os sistemas atuais processam dados, de forma sequencial e limitada em comparação ao potencial dos qubits.
O que é computação quântica? Entenda o funcionamento dessa tecnologia

O que é computação quântica? Entenda o funcionamento dessa tecnologia
Fonte: Tecnoblog