Para trocar dados a longas distâncias, em redes com topologias complexas, construída com tecnologias heterogêneas e gerenciadas por organizações independentes, são necessários métodos que permitam que protocolos quânticos se conectem às implementações de hardware subjacentes de forma transparente. No entanto, os sinais quânticos são frágeis e não podem ser copiados ou amplificados. Atualmente, apenas versões preliminares de pilhas de rede para uma Internet quântica foram propostas e apenas alguns elementos básicos foram sugeridos. Para viabilizar plenamente a comunicação quântica, novos desafios e problemas em aberto precisam ser enfrentados. Este artigo apresenta os principais desafios para se viabilizar uma Internet quântica e discute possíveis alternativas que estão sendo desenvolvidas.
Para trocar dados a longas distâncias, em redes com topologias complexas, construída com tecnologias heterogêneas e gerenciadas por organizações independentes, são necessários métodos que permitam que protocolos quânticos se conectem às implementações de hardware subjacentes de forma transparente. No entanto, os sinais quânticos são frágeis e não podem ser copiados ou amplificados. Atualmente, apenas versões preliminares de pilhas de rede para uma Internet quântica foram propostas e apenas alguns elementos básicos foram sugeridos. Para viabilizar plenamente a comunicação quântica, novos desafios e problemas em aberto precisam ser enfrentados. Este artigo apresenta os principais desafios para se viabilizar uma Internet quântica e discute possíveis alternativas que estão sendo desenvolvidas.
A Comunicação entre dispositivos quânticos vem avançando em direção a redes de topologias complexas e de longa distâncias. No entanto, limitações intrínsecas dos sinais quânticos fazem com que eles não possam ser replicados ou amplificados, dificultando a adoção das técnicas tradicionais de roteamento. Além disso, a heterogeneidade de tecnologias e diferentes implementações de hardware, e a falta de um modelo de pilha de rede de Internet bem definido abrem diversos desafios para se realizar plenamente a comunicação entre dispositivos quânticos. Assim, este artigo apresenta os principais desafios no desenvolvimento de algoritmos e protocolos de roteamento para redes quânticas e discute possíveis alternativas que estão sendo desenvolvidas.
As limitações físicas e de engenharia dos dispositivos quânticos atuais impulsionam o desenvolvimento de arquiteturas modulares e redes quânticas para viabilizar computadores quânticos em grande escala. Este artigo tem o objetivo de apresentar uma revisão bibliográfica sobre arquiteturas modulares em computação quântica. No estudo se busca-se apresentar e discutir as principais plataformas de hardware - incluindo qubits supercondutores, íons aprisionados, átomos neutros e qubits fotônicos - e analisando como módulos quânticos podem ser interconectados os métodos de entrelaçamento distribuído, repetidores quânticos e teleporte de portas lógicas, bem como modelos de custo e latência para operações quânticas distribuídas. Aspectos de escalabilidade e desafios práticos de implementação física são examinados à luz de propostas e estudos de caso de arquiteturas modulares reais, como as abordagens da IonQ e Honeywell (Quantinuum) com íons aprisionados e da Xanadu com fotônica. Por fim, comparamos as abordagens de diferentes plataformas e discutimos caminhos para superar obstáculos técnicos rumo a computadores quânticos modularmente escaláveis e tolerantes a falhas.
Desde a primeira vez que computação quântica foi concetualizada por Feynman, simulação quântica tem estado na vanguarda das possiveis aplicações de interesse. Os custos proibitivos de simular sistemas quânticos com computadores classicos são uma forte motivação para a investigação em computação quântica. Ao longo da última década, tem-se observado um progresso notável no desenvolvimento de hardware quantico. No entanto, os obstáculos entre nos e a era de vantagem quantica util mantem-se essencialmente os mesmos: A informação quântica e fragil, e protegê-la é um desafio. Visto que os dispositivos quânticos atuais são ruidosos e tem um número limitado de qubits, desenvolver algoritmos que possam ser executados neles e uma area de investigação importante. Por resultarem em circuitos de preparação de estado (ansatze) pouco profundos e treinaveis, algoritmos quânticos variacionais (VQAs) adaptativos são uma opção promissora. O primeiro algoritmo nesta classe, o ADAPT-VQE, pode ser utilizado para problemas de estrutura eletronica, otimização combinatoria, materia condensada, sistemas periódicos no tempo, entre outros. Nesta tese, são propostas varias melhorias para VQAs adaptativos, com o objetivo de diminuir os custos e aumentar a viabilidade a curto prazo. Propõe-se um otimizador quasi-Newton para VQAs adaptativos que reduz os custos de medição necessários para implementar estes algoritmos em hardware quântico, bem como o tempo necessario para os simular classicamente. Propõe-se ainda um novo conjunto de operadores — “operatores de intercambio acoplado” (CEOs) — que resulta no menor numero de portas quanticas e na menor profundidade de circuito entre todas as propostas na literatura. Combina-se varios desenvolvimentos-chave e mostra-se uma redução dramatica dos recursos computacionais quânticos necessários em comparação com as primeiras versões do algoritmo ou com ansätze estáticos para VQE. Adicionalmente, propõe-se uma versão codesenhada do ADAPT-VQE (Co-ADAPT-VQE) onde o hardware quântico e tido em consideração na construção do ansatz. Este paradigma pode ser utilizado para otimizar circuitos de preparação de estado em qualquer dispositivo, colmatando limitações como conetividade limitada, tempos de coerencia curtos, e erros nas portas quanticas. Finalmente, propomos estrategia para mitigar “vales de gradientes”, um problema de convergência especifico ao ADAPT-VQE.
Este estudo investigou os principais desafios, avanços e aplicações da computação quântica, focando no impacto em áreas como segurança digital, inteligência artificial e simulação de materiais. O objetivo geral foi analisar como a computação quântica pode transformar essas áreas e quais obstáculos técnicos e teóricos precisam ser superados para a implementação em larga escala. A pesquisa adotou uma abordagem qualitativa, sendo de caráter bibliográfico, com análise de artigos, livros e dissertações recentes que abordam a computação quântica e suas possíveis aplicações. Os resultados revelaram que a computação quântica apresenta um grande potencial para revolucionar a segurança digital, ao oferecer novas formas de criptografia resistentes a ataques de computadores clássicos. Além disso, demonstrou que a computação quântica pode acelerar algoritmos de aprendizado de máquina e otimização em inteligência artificial. Em relação à física de materiais, os avanços observados podem impulsionar a descoberta de novos materiais e fármacos, com aplicações significativas nas indústrias química e farmacêutica. No entanto, desafios técnicos como a estabilidade dos qubits, a correção de erros quânticos e a escalabilidade dos sistemas ainda precisam ser superados. As considerações finais apontaram que a computação quântica tem um grande potencial transformador, mas que estudos são necessários, em especial no que diz respeito ao desenvolvimento de hardware, software e à integração com outras tecnologias emergentes.
Os fundamentos da física (ou mecânica) quântica foram apresentados pelo cientista alemão Max Planck em 1900.De conteúdo científico revolucionário, esses fundamentos estabeleceram novos paradigmas que lastrearam a chamada Primeira Revolução Quântica, da qual derivaram produtos como o laser, o GPS e os chips semicondutores, essenciais na atualidade.Em 1950, Chien Shiung Wu e Irving Shaknov realizaram o que hoje é conhecido como experimento WS, que se tornou a chave para a manifestação emergente da segunda revolução quântica, que inclui novas tecnologias agrupadas em quatro grandes áreas: dispositivos quânticos (sensores, biossensores, detectores e atuadores); comunicação e teletransporte quânticos e materiais bidimensionais; computação, criptografia e internet quânticas; e tecnologias derivadas de materiais quânticos de aplicação, por exemplo, na área de energia.Este artigo procura investigar indícios de que a área de Tecnologias Quânticas é essencial não apenas para a Segurança e Defesa Nacional, mas também para a conformação do tabuleiro geopolítico.Eles sugerem que, conjuntamente, as Tecnologias Quânticas, a Inteligência Artificial (IA) e a Cibernética promoverão uma grande revolução tecnológica da humanidade e, particularmente, nos assuntos militares.Sendo assim, o artigo apresenta argumentos para que tais áreas do conhecimento e desenvolvimento tecnológico sejam consideradas estratégicas e prioritárias para o país, tendo em vista a centralidade dessas tecnologias no crescimento econômico, no desenvolvimento social, na segurança, na defesa e na soberania de uma nação no contexto da 4ª Revolução Industrial e da Era do Conhecimento.
A Internet Quântica tem como objetivo possibilitar a comunicação quântica entre múltiplos pontos da rede, oferecendo aplicações como a distribuição quântica de chaves (QKD), computação quântica distribuída e as redes de entrelaçamento. No entanto, a tecnologia de comunicação quântica atual apresenta desafios significativos, com baixas taxas de geração de entrelaçamento (pares EPR), capacidade de memória quântica limitada e taxas de decoerência que frequentemente resultam em pares EPR inutilizáveis devido à baixa fidelidade. Isso representa um desafio significativo para tarefas como o roteamento. Neste artigo, é proposto o ReqRoute, um protocolo baseado em aprendizado por reforço para otimizar as decisões de roteamento em redes de entrelaçamento quântico. Demonstrou-se que o ReqRoute supera consistentemente métodos tradicionais, mantendo rotas de maior fidelidade em diversos cenários de configuração de rede.