Usos e aplicativos de computação quântica
Nesta unidade, você explorará alguns dos aplicativos mais promissores da computação quântica.
Quais problemas os computadores quânticos podem resolver?
Um computador quântico não é um supercomputador que pode fazer tudo mais rápido ou pode resolver qualquer problema possível. Um computador quântico expande o conjunto de problemas que podemos resolver com eficiência, mas continuamos tendo problemas que são complexos demais para um computador quântico resolver.
O diagrama a seguir mostra os diferentes conjuntos de problemas classificados por complexidade. Os problemas que um computador quantum pode resolver com mais eficiência do que um computador clássico são chamados de BQP (bounded-error quantum polynomials). O nome significa que eles podem ser resolvidos por uma computação quântica em tempo polinomial. Exemplos de problemas de BQP incluem o problema de fatoração e o problema de pesquisa.
De fato, uma das metas da pesquisa em computação quântica é estudar quais problemas um computador quantum pode resolver mais rapidamente do que um computador clássico e qual pode ser o tamanho da velocidade. Os computadores quânticos se dão excepcionalmente bem com problemas que exigem o cálculo de um grande número de combinações possíveis.
Simulação quântica
A mecânica quântica é o "sistema operacional" subjacente de nosso universo. Ela descreve como se comportam os elementos constitutivos essenciais da natureza. Os comportamentos da natureza, como reações químicas, reações biológicas e formações de material, geralmente envolvem interações quânticas de muitos corpos. A computação quântica é promissora para simular sistemas mecânicos intrinsecamente quantum, como moléculas, porque os qubits podem ser usados para representar os estados naturais em questão. Exemplos de sistemas quânticos que podemos modelar incluem fotossíntese, supercondutividade e formações moleculares complexas.
Estimativa de recursos
O Avaliador de Recursos do Azure Quantum ajuda você a se preparar para o futuro da computação quântica fornecendo uma forma de estimar os recursos necessários para executar seus programas quânticos em computadores quânticos de capacidade ampliada. Ajuda você a responder perguntas como, por exemplo: Quais recursos de hardware são necessários? Quantos qubits físicos e lógicos são necessários e de qual tipo? Quanto tempo leva o tempo de execução?
Como resultado, você poderá refinar seus algoritmos e criar soluções que aproveitem os computadores quantum em escala quando eles estiverem disponíveis.
Aumentos de velocidade quânticos
Uma das metas da pesquisa em computação quântica é estudar quais problemas um computador quantum pode resolver mais rapidamente do que um computador clássico e qual pode ser o tamanho da velocidade. Dois exemplos conhecidos são o algoritmo de Grover e o algoritmo de Shor, que produzem uma velocidade polinomial e exponencial, respectivamente, sobre seus equivalentes clássicos.
O algoritmo de Shor em execução em um computador quântico escalonável poderia interromper esquemas de criptografia clássicos, como o esquema Rivest–Shamir–Adleman (RSA), que é amplamente usado no comércio eletrônico para a transmissão segura de dados. Esse esquema é baseado na dificuldade prática de fatorar números primos usando algoritmos clássicos.
O algoritmo de Glover acelera drasticamente a solução para pesquisas de dados não estruturados, executando a pesquisa em menos etapas do que qualquer algoritmo clássico. De fato, qualquer problema que lhe permita verificar se um determinado valor é uma solução válida (um problema “sim ou não”) pode ser formulado em termos de problema de pesquisa.