O documento discute a computação quântica, incluindo sua origem, princípios, aplicações e desenvolvimento tecnológico. Aborda conceitos como qubits, portas lógicas quânticas, algoritmos de Shor e Grover, e o primeiro computador quântico prático fabricado pela D-Wave. A computação quântica tem o potencial de resolver problemas complexos em tempo muito menor do que os computadores convencionais.

1. Rodrigo Pedro Werle
Junho/2013

2.  Computação Quântica
 Porque usar a Computação Quântica
 Máquina de Turing Quântica
 Qubit
 Registradores Quânticos
 Portas Lógicas Quânticas
 Algoritmo de Shor
 Algoritmo de Grover
 Primeiro Computador Quântico - ORION

3.  Computação Quântica decorre da junção de:
- Mecânica Quântica
- Informática
 Surgiu da necessidade de descrever
fenômenos microscópicos
 Funciona de maneira probabilística, onde não
se aplica a teoria clássica
 Não possui barramentos ou instruções, é uma
arquitetura completamente nova

4.  Levará a novas tecnologias que terão
impactos amplos e profundos
 Muitas das ciências e tecnologias já estão se
aproximando do ponto em que precisam
isolar, manipular e transmitir partículas (Lei
de Moore)
 Novos conhecimentos sobre os fenômenos e
sistemas quânticos complexos podem ser
gerados
 Criptografia quântica nos leva a um novo
patamar de segurança

5. David Deutsch
– 1985: MTQ (Máquina de Turing Quântica)
– 1989: publicou primeiro algoritmo quântico
- Máquina de Turing Clássica evoluida
- Fita, cabeçote de leitura e gravação em um
estado quântico
- Valores na fita podem ser 0, 1 ou uma
sobreposição de 0 e 1
- Realização de vários cálculos de uma só vez

6.  Papel semelhante ao BIT
 Pode possuir dois valores ao mesmo tempo
 Devido a superposição de estados é possível
fazer um processamento simultâneo de
informações
 Enquanto o bit soma a informação de cada
bit, uma sobreposição de qubits resulta na
multiplicação de suas possibilidades

7.  Bit é igual à soma direta deles (1 + 1 + ... = n)
 Qubit a informação armazenada por um
conjunto de qubits cresce exponencialmente
(2 x 2 x 2 ... = 2^n)

8.  Memória com pequena capacidade, mas
rápida
 Armazenamento temporário durante a
execução de processamentos
 Meio mais rápido e caro de se armazenar
dados
 Formados pelo agrupamento de qubits
utilizando superposição de estados

9.  Os circuitos quânticos são projetados assim
como os clássicos utilizando portas lógicas
 Portas lógicas quânticas devem ser
reversíveis garantindo assim que ao analisar a
saída seja possível saber a entrada
 Um exemplo de porta quântica é a operação
C-NOT (não-controlado) que permite que um
qubit a seja invertido se o qubit b for 1, essa
operação implementa a definição de
correlação, pois faz com que um qubit seja
dependente do outro

10.  Criado em 1993 por Peter Shor para fatoração
de grandes números
 Fatores primos de um número composto N
tinha seu algoritmo mais eficiente com
complexidade O (e1/3*log(n^2/3)) na computação
clássica
 Utilizando o Algoritmo de Shor na
computação quântica obtemos complexidade
de O (n2 * log n * log log n)

11.  Sistemas criptográficos atuais não serão mais
seguros
 Chaves deverão ter mais bits do que os
qubits dos computadores quânticos mais
poderosos
Tempo de Fatoração
(Algoritmo de Shor)
Número de
bits a ser
fatorado
Tempo de Fatoração
por algoritmos
clássicos
34 segundos 512 4 dias
4,5 minutos 1024 105 anos
36 minutos 2048 1017 anos
4,8 horas 4096 1035 anos

12.  Criado em 1996 por Lov Grover
 Objetivo encontrar um elemento específico
em uma lista não ordenada com N elementos
 Proporcionando um ganho quadrático em
relação a um algoritmo clássico
 No algoritmo clássico temos que testar
elemento por elemento, no pior caso possível
precisamos realizar N testes
 Algortimo de Grover: Complexidade √N, o
que o coloca como um algoritmo de classe B

13.  Fabricado pela empresa D-Wave e batizado
com o nome de Orion, possui 16 qubits e é
capaz de realizar tarefas práticas
 Previsão de que o primeiro computador
quântico seria criado apenas daqui a 20 anos
 O Orion é baseado num único chip quântico.
Sobre uma base de silício, esse chip abriga os
16 qubits

14.  Qubits são formado por uma porção de
nióbio circundada por uma bobina.
 Quando a bobina é estimulada eletricamente,
ela gera um campo magnético, que provoca
alterações de estado nos átomos de nióbio.
Essas mudanças de estado são captadas
pelos circuitos e transformadas em dados.
 Para processar informações, elas primeiro são
convertidas em impulsos analógicos, que são
enviados às bobinas.

15.  Depois, os sinais analógicos coletados são
novamente convertidos em bits. Como os sinais
analógicos podem sofrer interferências, um
complexo filtro de 128 canais é usado para
eliminar o ruído. Assim, o processador quântico
pode interagir com circuitos digitais
convencionais
 O chip quântico precisa ser congelado a 4
milikelvins. Isso é feito por meio de um sistema
de refrigeração com hélio líquido. O nióbio
torna-se supercondutor nessa temperatura

18.  A D-Wave é a principal produtora de
computadores quânticos
 O mais recente computador quântico possui
512 qubits de processamento
 Ocupa uma sala blindada de 10 m2
 O uso de silício é predominante nos
periféricos utilizados pela tecnologia

19.  Computação Quântica proporciona a finalização de
problemas que antes eram impossíveis de serem
resolvidos em tempo hábil
 Surgimento do primeiro computador quântico prático
 Computador quântico de 439 qubits obteve melhor
desempenho que um computador clássico “top-end”,
sendo 3600 vezes mais rápido ao executar cálculos
envolvendo um problema de otimização
combinatorial
 Necessário diminuição dos periféricos necessários
para o funcionamento do mesmo
 Aprimoramento do poder de processamento que
ainda está em plena evolução