Usos e aplicações da computação quântica
Nesta unidade, você explora algumas das aplicações mais promissoras da computação quântica.
Que problemas os computadores quânticos podem resolver?
Um computador quântico não é um supercomputador que pode fazer tudo mais rápido ou que pode resolver qualquer problema possível. Um computador quântico expande o conjunto de problemas que podemos resolver de forma eficiente, mas ainda existem problemas que são muito complexos para um computador quântico resolver.
O diagrama seguinte mostra os diferentes conjuntos de problemas pela sua complexidade. Os problemas que um computador quântico pode resolver de forma mais eficiente do que um computador clássico são chamados BQP (polinômios quânticos de erro limitado). O nome significa que eles são solúveis por um computador quântico em tempo polinomial. Exemplos de problemas de BQP incluem o problema de factoring e o problema de pesquisa.
Na verdade, um dos objetivos da pesquisa em computação quântica é estudar quais problemas um computador quântico pode resolver mais rápido do que um computador clássico, e quão grande pode ser a aceleração. Os computadores quânticos se saem 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 do nosso universo. Descreve como se comportam os blocos de construção fundamentais da natureza. Os comportamentos da natureza, como reações químicas, reações biológicas e formações materiais, muitas vezes envolvem interações quânticas de muitos corpos. A computação quântica é promissora para simular sistemas de mecânica quântica intrinsecamente, como moléculas, porque qubits podem ser usados para representar os estados naturais em questão. Alguns exemplos de sistemas quânticos que podemos modelar incluem fotossíntese, supercondutividade e formações moleculares complexas.
Estimativa de recursos
O Azure Quantum Azure Resource Estimator ajuda você a se preparar para o futuro da computação quântica, fornecendo uma maneira de estimar os recursos necessários para executar seus programas quânticos em computadores quânticos dimensionados. Ele ajuda você a responder a perguntas como quais recursos de hardware são necessários? Quantos qubits físicos e lógicos são necessários e que tipo? Qual é o tempo de execução?
Como resultado, você é capaz de refinar seus algoritmos e criar soluções que aproveitam os computadores quânticos dimensionados quando eles estiverem disponíveis.
Acelerações quânticas
Um dos objetivos da pesquisa em computação quântica é estudar quais problemas um computador quântico pode resolver mais rápido do que um computador clássico, e quão grande pode ser a aceleração. Dois exemplos bem conhecidos são o algoritmo de Grover e o algoritmo de Shor, que produzem um polinômio e uma aceleração exponencial, respectivamente, sobre seus homólogos clássicos.
O algoritmo de Shor executado em um computador quântico poderia quebrar esquemas criptográficos clássicos, como o esquema Rivest-Shamir-Adleman (RSA), que é amplamente utilizado no comércio eletrônico para transmissão segura de dados. Este esquema baseia-se na dificuldade prática de factoring de números primos usando algoritmos clássicos.
O algoritmo de Grover acelera a solução para pesquisas de dados não estruturados, executando a pesquisa em menos etapas do que qualquer algoritmo clássico poderia. De facto, qualquer problema que lhe permita verificar se um determinado valor é uma solução válida (um problema de "sim ou não") pode ser formulado em termos do problema de pesquisa.